C言語のスレッドを使って「1 2 3」を無限に出力する方法

Cプログラミング言語では、スレッド（thread）を活用することで、「1 2 3」という数列を無限に繰り返し出力することができます。本記事では、pthreadライブラリを使用した具体的な実装方法を解説します。

まず、今回作成するコードの出力例を見てみましょう。

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

実装の考え方

この出力を実現するには、C言語で並行して動作する3つのスレッドを使用します。各スレッドは共有変数の値を監視し、自分の番が回ってきたときだけ数字を出力する仕組みです。

具体的な設計ポイントは以下のとおりです。

• 1に初期化された共有変数を用意し、その値は直前の値に基づいて更新していく
• 各スレッドには、担当する数字（1・2・3）を引数として渡す
• スレッドの処理関数内で無限ループを実行し、順番が来るまで待機する

スレッド間の同期には、ミューテックス（mutex）と条件変数（condition variable）を使用します。これにより、複数のスレッドが正しい順序で出力でき、共有変数へのアクセスも保護されます。

サンプルプログラム

それでは、実際のプログラムを見てみましょう。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_cond_t cond1 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond2 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond3 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int value = 1;
void *foo(void *n){
    while(1) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if (value != (int)*(int*)n) {
            if ((int)*(int*)n == 1) {
                pthread_cond_wait(&cond1, &lock);
            } else if ((int)*(int*)n == 2) {
                pthread_cond_wait(&cond2, &lock);
            } else {
                pthread_cond_wait(&cond3, &lock);
            }
        }
        printf("%d ", *(int*)n);
        if (value == 3) {
            value = 1;
            pthread_cond_signal(&cond1);
        }
        else if(value == 1) {
            value = 2;
            pthread_cond_signal(&cond2);
        } else if (value == 2) {
            value = 3;
            pthread_cond_signal(&cond3);
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}
int main(){
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    int n1 = 1, n2 = 2, n3 = 3;
    pthread_create(&tid1, NULL, foo, (void *)&n1);
    pthread_create(&tid2, NULL, foo, (void *)&n2);
    pthread_create(&tid3, NULL, foo, (void *)&n3);
    while(1);
    return 0;
}

実行結果

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3….

プログラムの動作解説

このプログラムでは、main関数内で3つのスレッドを作成し、それぞれに数字1・2・3を渡しています。各スレッドはfoo関数内の無限ループで以下のように動作します。

• まずミューテックスでロックを取得し、共有変数valueが自分の番でなければ、対応する条件変数で待機する
• 自分の番になったら数字を出力し、valueを次の値に更新して次のスレッドへシグナルを送る
• 最後にロックを解放し、再び自分の番を待つ

このように、3つのスレッドが条件変数によって順番に制御されることで、「1 2 3」のシーケンスが無限に繰り返し出力されます。ミューテックスにより共有変数へのアクセスが保護されているため、データ競合も発生しません。