c - 在C中使用互斥锁同步pthread

Question

我得写一个程序来计算由公式（x^i）/i给出的前10个项的系列（对不起，我的语言，这是我第一次用英语谈论数学）！。所以，基本上是微不足道的。但是，有一些特殊的要求。每一个术语都要通过单独的线程进行计数，每个线程同时工作。然后他们都把结果保存到名为result的公共变量中。之后，它们必须由主线程添加，主线程将显示最终结果。所有这些都使用pthread和mutex。
这就是我有问题的地方。我想用表来存储结果，但老师告诉我，这不是正确的解决方案，因为这样我就不必使用互斥体了。有什么办法和如何同步吗？我对pthread和mutex完全不熟悉。
这是我到现在为止得到的。我还在努力，所以目前还没有成功，这只是一个程序方案，我想在其中添加互斥。我希望这不全是错的。；页

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

int number = 0;
float result = 0;
pthread_mutex_t term_lock;
pthread_mutex_t main_lock;
int save = 0; //condition variable

int factorial(int x) { 
        if(x==0 || x==1)
                return 1;

        return factorial(x-1)*x;
}

void  *term(void *value) {  
        int x = *(int *)value;
        float w;
        if(save == 0) {
            pthread_mutex_lock(&term_lock);
            w = pow(x, number)/factorial(number);
            result = w;
            printf("%d term of series with x: %d  is: %f\n", number, x, w);
            number++;
            save = 1;
            pthread_mutex_unlock(&term_lock);
        }
        return NULL;
}

int main(void) {

        int x, i, err = 0;
        float final = 0;
        pthread_t threads[10];

        pthread_attr_t attr;
        pthread_attr_init(&attr);
        pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

        printf("Get X: \n");
        scanf("%d", &x);
        for(i=0; i<10; i++)
        {
                err = pthread_create(&threads[i], &attr, (void *)term, &x);
                if(err) {
                        printf("Error creating threads.\n");
                        exit(-1);
                }
        }
        i = 0;
        while (number <= 10) {
            //printf("While Result: %f, final %f\n", result, final); - shows that it's infinite loop
            if(save) {
                pthread_mutex_lock(&main_lock); 
                final = final + result;
                save = 0;
                pthread_mutex_unlock(&main_lock);   
                printf("If Result: %f, final %f\n", result, final); //final == last result
            }
        }
        return 0;
}

编辑：如果不清楚的话-我需要帮助解决如何将所有线程的结果存储在公共变量中并同步它。
edit2：可能的解决方案-全局变量result由所有线程共享。返回到主线程，它将被添加到某个局部变量中，这样我就可以用另一个线程的结果覆盖它的值。当然它需要一些同步，所以在我将它添加到主线程之前，另一个线程不会覆盖它。你怎么认为？
edit3:我已经用我现在拥有的更新了代码。输出给我8-9项的值（printf in term），然后程序仍在工作，什么也不显示。printf评论道，while循环是无限的。局部变量final也只有result的最后一个值。我做错什么了？

Answer 1

主线程应该是添加术语的线程，这是人为的，但是各个线程都必须将其结果写入同一个变量。我通常希望每个线程向结果中添加自己的术语（这确实需要互斥），或者可能将其结果放入数组（如您所建议的那样），或者将其添加到共享队列（这将需要互斥），甚至将其写入管道。尽管如此，这还是可以按照你老师的方式来做。
要解决的一个关键问题是，必须对需要同步的操作进行明显不同的操作：
各种计算线程对共享结果变量的写入
主线程读取结果变量
不能只使用一个同步构造，因为这样就无法区分计算线程和主线程。一种方法是根据需要通过互斥锁同步计算线程的写操作，并通过信号量或条件变量与主线程的读操作进行同步。您也可以使用一个或多个额外的互斥体来完成这项工作，但这并不干净。
附加说明：
线程存放其条款的结果变量必须是全局变量。线程无法访问从中启动它们的函数的局部变量。
term()函数的签名对于线程启动函数不正确。参数的类型必须为void *。
线程启动函数与其他函数没有区别，因为它们的局部变量只能在函数执行期间访问。特别是，返回一个指向局部变量的指针不能做任何有用的事情，因为以后试图取消对此类指针的引用都会产生未定义的行为。
我不打算为你写作业，但这里有一个可行的方法：
主线程初始化一个互斥锁和两个信号量，后者的初始值为零。
主线程启动所有计算线程。虽然它很难看，但是您可以通过将其数值参数转换为void *，然后将其转换回term()函数（因为它的参数应该是void *）来为它们提供数值参数。
然后主线程循环。在每次迭代中
等待信号量1（sem_wait()）
将全局result变量的值添加到运行总数中
发送到信号灯2（sem_post()）
如果执行的迭代次数与执行的线程数量相同，则中断循环
同时，每个计算线程都执行以下操作：
计算适当术语的值
锁定互斥锁
将术语值存储在全局变量中
到信号灯1的标杆
等待信号量2
解锁互斥锁
更新
要为此作业使用条件变量，必须标识哪些共享状态受这些条件变量保护，因为必须始终防止条件变量因等待而虚假唤醒。
在这种情况下，所讨论的共享状态自然会涉及全局result变量，计算线程在该变量中返回其结果。这个变量实际上有两种通用的、相互排斥的状态：
准备好从计算线程接收值，并且
准备好让主线程读取。
计算线程需要等待第一个状态，而主线程需要（重复）等待第二个状态。由于线程需要等待两个不同的条件，因此需要两个条件变量。以下是使用这些想法的另一种方法：
主线程初始化一个互斥锁和两个条件变量，并将result设置为result。
主线程启动所有计算线程。虽然它很难看，但是您可以通过将其数值参数转换为-1，然后将其转换回void *函数（因为它的参数应该是term()）来为它们提供数值参数。
主线程锁定互斥锁
然后主线程循环。在每次迭代中
测试void *是否为非阴性。如果是的话
将result变量的值添加到运行总数中
如果添加的术语与线程的数目一样多，则会中断循环
将result设置为result。
信号条件变量1
等待条件变量2
从循环中断后，主线程将解锁互斥锁
同时，每个计算线程都执行以下操作：
计算其期限
锁定互斥锁
循环：
检查-1的值。如果小于零，则从循环中断
等待条件变量1
从循环中断后，将result设置为计算项
信号条件变量2
解锁互斥锁