多线程方式的矩阵乘法

Question

您好，我尝试通过以下练习自学多线程：将两个硬编码矩阵矩阵 1 和矩阵 2 相乘，并将结果保存在矩阵 3 中。策略是分配一个线程来计算结果矩阵（matrix3）中的每个元素。

虽然程序是可以运行的，但是结果是不对的。任何启示为什么结果是错误的？谢谢！

代码

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

#include "thread.h"

void *multiply(void *arguments);

#define X 2
#define Y 2
#define Z 3

int matrix1[X][Y] = {{0, 1}, {2, 3}};
int matrix2[Y][Z] = {{4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
int matrix3[X][Z];

struct arguments_combo
{
    int rowIdxInMatrix1;
    int colIdxInMatrix2;
};

int main()
{
    thread_t threads[X * Z];

    for (int rowIdx = 0; rowIdx < X; rowIdx++)
    {
        for (int colIdx = 0; colIdx < Z; colIdx++)
        {
            struct arguments_combo arguments;
            arguments.rowIdxInMatrix1 = rowIdx;
            arguments.colIdxInMatrix2 = colIdx;
            pthread_create(&(threads[rowIdx * Z + colIdx]), NULL, multiply, (void *)&arguments);
        }
    }

    for (int rowIdx = 0; rowIdx < X; rowIdx++)
    {
        for (int colIdx = 0; colIdx < Z; colIdx++)
        {
            void *val_ptr;
            pthread_join(threads[rowIdx * Z + colIdx], &val_ptr);
            int *cur_val_ptr = (int *)val_ptr;
            printf("The rowIdx: %d and colIdx: %d and the val: %d\n", rowIdx, colIdx, *cur_val_ptr);
            matrix3[rowIdx][colIdx] = *cur_val_ptr;
            free(cur_val_ptr);
        }
    }

    return 0;
}

void *multiply(void *arguments)
{
    struct arguments_combo *data_ptr = (struct arguments_combo *)arguments;

    int rowIdxInMatrix1 = data_ptr->rowIdxInMatrix1;
    int colIdxInMatrix2 = data_ptr->colIdxInMatrix2;
    int *sum = malloc(sizeof(int));

    for (int i = 0; i < Y; i++)
    {
        *sum += matrix1[rowIdxInMatrix1][i] * matrix2[i][colIdxInMatrix2];
    }

    pthread_exit((void *)sum);
    return NULL;
}

输出

The rowIdx: 0 and colIdx: 0 and the val: 9
The rowIdx: 0 and colIdx: 1 and the val: 29
The rowIdx: 0 and colIdx: 2 and the val: 29
The rowIdx: 1 and colIdx: 0 and the val: 34
The rowIdx: 1 and colIdx: 1 and the val: 39
The rowIdx: 1 and colIdx: 2 and the val: 39

Answer 1

好吧，我不是这个主题的专家，只是试图纠正它。似乎原因是这部分

struct arguments_combo arguments;
arguments.rowIdxInMatrix1 = rowIdx;
arguments.colIdxInMatrix2 = colIdx;
pthread_create(&(threads[rowIdx * Z + colIdx]), NULL, multiply, (void *)&arguments);

可能是错误的，但我认为这里存在竞争条件。您将这个单一的arguments 变量地址提供给所有线程，但您稍后也会覆盖它，因此当访问它的线程可能已经具有其他值时。

如果您在全局范围内创建像 struct arguments_combo args[X * Z]; 这样的 args 数组，并且您也将代码更改为：

args[rowIdx * Z + colIdx].rowIdxInMatrix1 = rowIdx;
args[rowIdx * Z + colIdx].colIdxInMatrix2 = colIdx;
pthread_create(&(threads[rowIdx * Z + colIdx]), NULL, multiply, (void *)&args[rowIdx * Z + colIdx]);

那么结果在这种情况下似乎是有效的

The rowIdx: 0 and colIdx: 0 and the val: 7
The rowIdx: 0 and colIdx: 1 and the val: 8
The rowIdx: 0 and colIdx: 2 and the val: 9
The rowIdx: 1 and colIdx: 0 and the val: 29
The rowIdx: 1 and colIdx: 1 and the val: 34
The rowIdx: 1 and colIdx: 2 and the val: 39

虽然有时它会给出随机值。原因是您没有在 multiply 函数中将 *sum 初始化为 0，所以不要忘记也这样做，而且一切似乎都工作正常。