使用pthread的超大型数组中的最大元素

在处理超大型数组时，我们可能需要利用多个线程并行地搜索其中的最大元素。本文介绍如何使用pthread库实现这一过程。

实现思路

我们将超大型数组分割成若干个子数组，每个子数组由一个线程来搜索出其最大元素。所有子数组的最大元素与它们的下标一起传递给主线程。主线程通过比较所有子数组的最大元素，得出超大型数组的最大元素。

代码实现

定义数据类型

首先我们需要定义一个结构体Arg，用于存储子数组的信息：

typedef struct {
    int* array;
    int size;
    int index;
    int max;
} Arg;

其中，array表示子数组的首地址，size表示子数组的大小，index表示子数组在超大型数组中的起始下标，max表示子数组中的最大元素。

子线程函数

对于每个子线程，我们需要定义一个线程函数findMax，它将输入一个Arg结构体指针，输出该子数组的最大元素和在超大型数组中的下标：

void* findMax(void* argPtr) {
    Arg* arg = (Arg*)argPtr;
    int* array = arg->array;
    int size = arg->size;
    int index = arg->index;
    int max = array[0];
    int maxIndex = 0;
    for (int i = 1; i < size; i++) {
        if (array[i] > max) {
            max = array[i];
            maxIndex = i;
        }
    }
    arg->max = max;
    arg->index += maxIndex;
    return NULL;
}

对于每个子数组，我们启动一个线程，并等待线程结束。接着，我们将子数组的最大元素和在超大型数组中的下标传递给主线程。

主线程函数

主线程函数main中，首先读入超大型数组，并指定分割后的子数组大小chunkSize。然后分配Arg结构体数组，设置每个结构体的array、size和index字段。接着，创建子线程，并等待线程结束。最后，比较所有子数组的最大元素，得出超大型数组的最大元素。

int main() {
    // Read input array
    int n;
    scanf("%d", &n);
    int* array = (int*)malloc(n * sizeof(int));
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &array[i]);
    }
    // Define chunk size
    int chunkSize;
    scanf("%d", &chunkSize);
    // Allocate and initialize argument array
    int numOfChunks = (n + chunkSize - 1) / chunkSize;
    Arg* argArray = (Arg*)malloc(numOfChunks * sizeof(Arg));
    for (int i = 0; i < numOfChunks; i++) {
        argArray[i].array = array + i * chunkSize;
        argArray[i].size = (i == numOfChunks - 1) ? (n - i * chunkSize) : chunkSize;
        argArray[i].index = i * chunkSize;
    }
    // Create threads and wait for them to finish
    pthread_t* threadArray = (pthread_t*)malloc(numOfChunks * sizeof(pthread_t));
    for (int i = 0; i < numOfChunks; i++) {
        pthread_create(&threadArray[i], NULL, findMax, &argArray[i]);
    }
    for (int i = 0; i < numOfChunks; i++) {
        pthread_join(threadArray[i], NULL);
    }
    // Find maximum element
    int max = argArray[0].max;
    int index = argArray[0].index;
    for (int i = 1; i < numOfChunks; i++) {
        if (argArray[i].max > max) {
            max = argArray[i].max;
            index = argArray[i].index;
        }
    }
    printf("Maximum element: %d\nIndex: %d\n", max, index);
    // Free resources
    free(argArray);
    free(threadArray);
    free(array);
    return 0;
}

总结

通过本文的介绍，我们学习了如何使用pthread库实现针对超大型数组的并行搜索，提高了程序的效率。