C語言實現多線程排序

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

/* 聲明變量 */
int array_length, file_length;
int *array_master;
FILE *freader;

/* 用於從文件讀取數據 */
int *read_file(char *fname) 
{
    freader = fopen(fname, "rt"); /* 只讀方式打開文件 */
    int bufsize = file_length; /* 數組規模 */
    char line[80];
    int integer;
    int index = 0;
    int *input = (int *)malloc(bufsize*sizeof(int)); /* 動態分配內存空間 */

    while (fgets(line, 80, freader) != NULL)
    {
        sscanf(line, "%d", &integer); /*從字符串 line 中獲得整數（完成字符串到整數的轉換）*/
        input[index] = integer;
        ++index;
        ++array_length;
    }

    fclose(freader); /* 關閉文件 */
    return input;
}

/* 求文件的行數（也就是數據量）*/
int read_length(char *fname) 
{
    freader = fopen(fname, "rt"); /* 以只讀方式打開文件 */
    char line[80];
    int file_length = 0;

    /* fgets 從數據文件中讀數據，每讀一行的字符串
    （最長為80個字符），讀到文件末尾 EOF，返回NULL */
    while (fgets(line, 80, freader) != NULL)
        file_length += 1;
    return file_length;
}

/* 歸並函數 */
void merge(int arr[], int left, int middle, int right)
{
    int i, j, k;
    int half1 = middle - left + 1; /* 數組前一半的數據量 */
    int half2 = right - middle;  /* 數組后一半的數據量 */

    int first[half1], second[half2]; /* 聲明兩個臨時數組，
                                     保存前半部分數據和后半部分數據 */

    /* 從 arr 數組復制 left 到 right 之間前半部分的數據 */
    for (i = 0; i < half1; i++) 
        first[i] = arr[left + i]; 

    /* 從 arr 數組復制 left 到 right 之間后半部分的數據 */
    for (j = 0; j < half2; j++) 
        second[j] = arr[middle + 1 + j];

    i = 0;
    j = 0;
    k = left;

    /* 比較兩個臨時數組的數，找出當前最小的數，然后按序存入 arr */
    while (i < half1 && j < half2) 
    {

        if (first[i] <= second[j]) 
        {
            arr[k] = first[i];
            ++i; 
        }
        else 
        {
            arr[k] = second[j];
            j++;
        }

        k++; /* arr 數組的索引 */
    }

    /* 將臨時數組中剩余的數存入 arr 數組 */
    while (i < half1) 
    {
        arr[k] = first[i];
        i++;
        k++;
    }

    while (j < half2)
    {
        arr[k] = second[j];
        j++;
        k++;
    }
}

/* 歸並排序函數 */
void* merge_sort(void* arg) 
{
    /* 變量聲明 */
    int *arr = array_master; /* 指向全局變量 array_master 數組 */
    int *argu = (int*)arg;
    int l = argu[0]; /* 由線程傳入的參數，獲得要排序數據的最小索引值 */
    int r = argu[1]; /* 由線程傳入的參數，獲得要排序數據的最大索引值 */

    /* 若 l==r 則不必排序 */
    if (l < r) 
    {    
        /* 聲明兩個線程買描述符 */
        pthread_t tid1;
        pthread_t tid2;

        /* 聲明調用線程處理函數的參數 */
        int arg1[2];
        int arg2[2];

        int middle;
        middle = (l + (r - 1)) / 2;
        arg1[0] = l;
        arg1[1] = middle;
        arg2[0] = middle + 1;
        arg2[1] = r;

        /* 由於用二分法對數組分成兩部分分別排序，
        所以存在並行的可能，這里采用多線程 */
        pthread_create(&tid1, NULL, merge_sort, arg1);
        pthread_create(&tid2, NULL, merge_sort, arg2);

        /* 這里必須等待兩部分數組都已排序完畢，才能進行歸並，
        所以這里調用 pthread_join 使得線程同步 */
        pthread_join(tid1, NULL);
        pthread_join(tid2, NULL);

        /* 此時歸並兩個已排序子序列 */
        merge(arr, l, middle, r);
        pthread_exit(0);
    }
    
    return NULL;
}

/* 主函數 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    char *fname = argv[1];  /* 從命令行中讀取數據文件 */

    /* 獲取數據的長度 */
    file_length = read_length(fname);

    /* 從數據文件中讀取數據 */
    array_master = read_file(fname);

    int arg[2];
    arg[0] = 0;
    arg[1] = file_length - 1;

    /* 創建線程執行歸並排序 */
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, merge_sort, arg);

    /* 進程同步 */
    pthread_join(tid, NULL);

    /* 打印已排序數組 */
    int j;
    for (j = 0; j < array_length; j++) 
    {
        if (j == array_length - 1) 
            printf("%d\n", array_master[j]); /* 打印已排序數組的最后一個元素 */
        
        else 
            printf("%d, ", array_master[j]); /* 打印已排序數組的非最后一個元素 */
    }

    return 0;
}