编写Pthreads程序实现直方图统计

**直方图统计程序**

在本文中，我们将编写一个使用 POSIX Threads（Pthreads）库的 C 程序，来实现直方图统计功能。直方图是一种用于显示数据分布特征的图形工具。

###1. 直方图统计概述直方图是通过将数据分成若干个区间，然后统计每个区间内数据的数量来实现的。例如，假设我们有一个包含100 个数字的数组，每个数字代表某人的年龄，我们可以将这些年龄分成若干个区间，如下表所示：

| 区间 | 年龄范围 |
| --- | --- |
|1 |0-20 |
|2 |21-40 |
|3 |41-60 |
|4 |61-80 |

然后，我们可以统计每个区间内的数据数量，如下表所示：

| 区间 | 数据数量 |
| --- | --- |
|1 |10 |
|2 |30 |
|3 |40 |
|4 |20 |

###2. Pthreads程序设计在本节中，我们将设计一个使用 Pthreads 库的 C 程序来实现直方图统计功能。该程序将包含以下部分：

* **主线程**：负责读取数据并分配给子线程进行处理。
* **子线程**：负责计算每个区间内的数据数量。

###3. Pthreads程序代码

c#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

// 定义直方图统计结构体typedef struct {
 int min; // 最小值 int max; // 最大值 int num_bins; // 区间数量} histogram_t;

// 定义子线程函数void* thread_func(void* arg) {
 // 获取区间信息 histogram_t* hist = (histogram_t*)arg;
 int min = hist->min;
 int max = hist->max;
 int num_bins = hist->num_bins;

 // 初始化计数数组 int* counts = (int*)malloc(num_bins * sizeof(int));
 for (int i =0; i < num_bins; i++) {
 counts[i] =0;
 }

 // 计算每个区间内的数据数量 for (int i =0; i < num_bins; i++) {
 int bin_min = min + (max - min) * i / num_bins;
 int bin_max = min + (max - min) * (i +1) / num_bins;

 // 计算区间内的数据数量 for (int j =0; j < num_bins; j++) {
 if (data[j] >= bin_min && data[j] < bin_max) {
 counts[i]++;
 }
 }
 }

 // 返回计数数组 return (void*)counts;
}

// 主线程函数void* main_thread(void* arg) {
 // 获取数据和直方图统计结构体 int* data = (int*)arg;
 histogram_t hist;

 // 初始化直方图统计结构体 hist.min =0;
 hist.max =100; // 最大值为100 hist.num_bins =4; // 区间数量为4 // 创建子线程 pthread_t thread;
 pthread_create(&thread, NULL, thread_func, &hist);

 // 等待子线程完成 pthread_join(thread, NULL);

 // 获取计数数组 int* counts = (int*)pthread_getspecific(thread);

 // 打印直方图统计结果 printf("直方图统计结果:
");
 for (int i =0; i < hist.num_bins; i++) {
 printf("%d-%d: %d
", hist.min + (hist.max - hist.min) * i / hist.num_bins, hist.min + (hist.max - hist.min) * (i +1) / hist.num_bins, counts[i]);
 }

 // 返回结果 return NULL;
}

int main() {
 // 初始化数据数组 int data[] = {10,20,30,40,50,60,70,80,90,100};

 // 创建主线程 pthread_t main_thread;
 pthread_create(&main_thread, NULL, main_thread, (void*)data);

 // 等待主线程完成 pthread_join(main_thread, NULL);

 // 返回结果 return0;
}

###4. Pthreads程序注释在本节中，我们将对上述Pthreads程序进行注释。

c// 定义直方图统计结构体typedef struct {
 int min; // 最小值 int max; // 最大值 int num_bins; // 区间数量} histogram_t;

// 定义子线程函数void* thread_func(void* arg) {
 // 获取区间信息 histogram_t* hist = (histogram_t*)arg;
 int min = hist->min;
 int max = hist->max;
 int num_bins = hist->num_bins;

 // 初始化计数数组 int* counts = (int*)malloc(num_bins * sizeof(int));
 for (int i =0; i < num_bins; i++) {
 counts[i] =0;
 }

 // 计算每个区间内的数据数量 for (int i =0; i < num_bins; i++) {
 int bin_min = min + (max - min) * i / num_bins;
 int bin_max = min + (max - min) * (i +1) / num_bins;

 // 计算区间内的数据数量 for (int j =0; j < num_bins; j++) {
 if (data[j] >= bin_min && data[j] < bin_max) {
 counts[i]++;
 }
 }
 }

 // 返回计数数组 return (void*)counts;
}

// 主线程函数void* main_thread(void* arg) {
 // 获取数据和直方图统计结构体 int* data = (int*)arg;
 histogram_t hist;

 // 初始化直方图统计结构体 hist.min =0;
 hist.max =100; // 最大值为100 hist.num_bins =4; // 区间数量为4 // 创建子线程 pthread_t thread;
 pthread_create(&thread, NULL, thread_func, &hist);

 // 等待子线程完成 pthread_join(thread, NULL);

 // 获取计数数组 int* counts = (int*)pthread_getspecific(thread);

 // 打印直方图统计结果 printf("直方图统计结果:
");
 for (int i =0; i < hist.num_bins; i++) {
 printf("%d-%d: %d
", hist.min + (hist.max - hist.min) * i / hist.num_bins, hist.min + (hist.max - hist.min) * (i +1) / hist.num_bins, counts[i]);
 }

 // 返回结果 return NULL;
}

int main() {
 // 初始化数据数组 int data[] = {10,20,30,40,50,60,70,80,90,100};

 // 创建主线程 pthread_t main_thread;
 pthread_create(&main_thread, NULL, main_thread, (void*)data);

 // 等待主线程完成 pthread_join(main_thread, NULL);

 // 返回结果 return0;
}

###5. Pthreads程序总结在本节中，我们将对上述Pthreads程序进行总结。

* **直方图统计概述**：直方图是通过将数据分成若干个区间，然后统计每个区间内数据的数量来实现的。
* **Pthreads程序设计**：该程序包含主线程和子线程两部分，主线程负责读取数据并分配给子线程进行处理，而子线程则负责计算每个区间内的数据数量。
* **Pthreads程序代码**：该程序使用 POSIX Threads 库来实现直方图统计功能，包含了对数据和直方图统计结构体的初始化、创建子线程、等待子线程完成以及获取计数数组等操作。
* **Pthreads程序注释**：该程序对上述 Pthreads 程序进行了注释，包括定义直方图统计结构体、定义子线程函数、主线程函数和 main 函数等。
* **Pthreads程序总结**：该程序使用 POSIX Threads 库来实现直方图统计功能，包含了对数据和直方图统计结构体的初始化、创建子线程、等待子线程完成以及获取计数数组等操作。