C++ マルチスレッド

Question

C++で,マルチスレッドを用いて以下の問を解くプログラムを教えてください.
マルチスレッドは理論はわかるのですがコーディングの仕方が全然わからなくて困っています.
ネットで調べても無駄に難解なコードしか出てきません. 投げやりかもしれませんが,どなたかにこの問題の解法を解いてほしいです. それを基に勉強したいと思っています...
↓
AさんとBさんの初期位置は自宅で、店にはリンゴが100個あります.
リンゴが完売した時点でプログラムは終了です.
最終的にAさんとBさんはそれぞれ何個のリンゴを購入しましたか?

Aさん
・家からの店への片道時間(帰りも同じ)　1秒
・自宅での荷降ろし　3秒
・八百屋での店員とのやり取り　1秒
・一度に購入できるりんごの個数　5個
Bさん
・家からの店への片道時間(帰りも同じ)　2秒
・自宅での荷降ろし　1秒
・八百屋での店員とのやり取り　2秒
・一度に購入できるりんごの個数　3個
店員
・客は1人ずつしか対応できない
・店にはりんごが100個ある

ちなみに手動で解いたらAさん64個,Bさん36個でした

Comments

[00_x9925]

まあ,そりゃそういわれますよね....
でしたらマルチスレッドの設計法が分かりやすく説明されているサイトとか,どなたかご存じないですか?

[yohhoy]

マルチスレッド処理プログラミングの難しさの本質は、実装に用いるプログラミング言語に依存しません。
設計法が知りたいとのことでしたら、入門的な「Java言語で学ぶデザインパターン入門 マルチスレッド編」https://www.hyuki.com/dp/dp2.html を紹介しておきます。

Answer 1

こんにちは。

terateilがダウンしている間に作っていたら、あららepistemeさんが既に回答されてました。
ま、せっかく作ったので回答します。
素直に待っているとだるいので100倍に加速してます。

#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <chrono>
#include <algorithm>
#include <iostream>

void sleep(int sec)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(sec*10));
}

int main()
{
    int a=0;
    int b=0;

    {
        std::atomic_int apple=100;

        std::mutex mutex;

        // Aさん
        std::thread therad_a(
            [&]()
            {
                while(0 < apple)
                {
                    sleep(1);       // 店へ向かう
                    {
                        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
                        sleep(1);   // りんご購入
                        int buy=std::min(5, static_cast<int>(apple));
                        apple -= buy;
                        a += buy;
                    }
                    sleep(1);       // 店から帰る
                    sleep(3);       // 荷物を降ろす
                }
            });


        // Bさん
        std::thread therad_b(
            [&]()
            {
                while(0 < apple)
                {
                    sleep(2);       // 店へ向かう
                    {
                        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
                        sleep(2);   // りんご購入
                        int buy=std::min(3, static_cast<int>(apple));
                        apple -= buy;
                        b += buy;
                    }
                    sleep(2);       // 店から帰る
                    sleep(1);       // 荷物を降ろす
                }
            });
        therad_a.join();
        therad_b.join();
    }
 
    std::cout << "a=" << a << "\n";
    std::cout << "b=" << b << "\n";
}

wandbox

Comments

[yohhoy]

appleは std::atomic<int> にでもしておかないと、（仕様上は）データ競合を起こしますね。

[episteme]

BA横取りされた! www

[Chironian]

yohhoyさん
mutexで保護しているつもりががが、while(0 < apple)で漏れてました。
まぁ、ダメな処理系はほとんどないとは思いますが、超嫌なバグ回避のためにはatomic化しておくのが安心ですね。

epistemeさん
あうあ。ごめんなさい。

Answer 2

リアルタイムにリンゴの買い出しさせてみた。

#include <iostream>
#include <future>
#include <mutex>
#include <chrono>
#include <atomic>

int main(void) {
  using namespace std;
  using namespace std::chrono;

  mutex mtx;
  /* 修正: int→atomic<int>
     read時にmutexで排他してないので。
     int値のreadは実質atomicに行われるだろうから"まず"大丈夫なんだろけど念のため */
  atomic<int> shop_apple = 100; 

  future<int> A = async([&]() -> int {
    int apple = 0;
    while ( shop_apple > 0 ) {
      cout << "A 家からの店への片道時間(帰りも同じ)　1秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(1));
      mtx.lock();
      cout << "A 八百屋での店員とのやり取り　1秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(1));
      // 一度に購入できるりんごの個数　5個
      if ( shop_apple >= 5 ) {
        apple += 5;
        shop_apple -= 5;
      } else {
        apple += shop_apple;
        shop_apple = 0;
      }
      mtx.unlock();
      cout << "A 家からの店への片道時間(帰りも同じ)　1秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(1));
      cout << "A 自宅での荷降ろし　3秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(3));
    }
    return apple;
  });

  future<int> B = async([&]() -> int {
    int apple = 0;
    while (shop_apple > 0) {
      cout << "B 家からの店への片道時間(帰りも同じ)　2秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(2));
      mtx.lock();
      cout << "B 八百屋での店員とのやり取り　2秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(2));
      // 一度に購入できるりんごの個数　3個
      if (shop_apple >= 3) {
        apple += 3;
        shop_apple -= 3;
      } else {
        apple += shop_apple;
        shop_apple = 0;
      }
      mtx.unlock();
      cout << "B 家からの店への片道時間(帰りも同じ)　2秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(2));
      cout << "B 自宅での荷降ろし　1秒\n"; this_thread::sleep_for(seconds(1));
    }
    return apple;
  });

  int A_apple = A.get();
  int B_apple = B.get();
  cout << endl;
  cout << "Aさんは " << A_apple << "個のリンゴを買いました\n"; 
  cout << "Bさんは " << B_apple << "個のリンゴを買いました\n";

}

Comments

[yohhoy]

shop_apple は std::atomic<int> にでもしておかないと、（仕様上は）データ競合を起こしますね。

[episteme]

えーと...うん、起こしますね仕様上は。
# 修正しておくか...

[yohhoy]

(･∀･)b

Answer 3

マルチスレッドを用いて以下の問を解くプログラムを教えてください

このような問題には、マルチスレッドは大げさすぎます。ふつうにシングルスレッドで処理するほうが楽ですし、性能的にも問題ありません。

Comments

[maisumakun]

マルチスレッドを動かすためのコード量もかさむ割に、それを正当化できるだけの理由もないので、「無駄に難解なコード」が出来上がるだけになってしまいます。

[00_x9925]

それはそうなのですが今回はマルチスレッドの勉強がしたいので...

[fana]

マルチスレッドでやると結果が変動し得るような気がしますが（書き方次第か？），そこらへんのことはどうなんでしょう？

[dodox86]

> マルチスレッドでやると結果が変動し得るような気がしますが（

恐らく店員を介したリンゴの在庫の売買操作で、競合が起きらず矛盾も起きないようなフローを実装するのがテーマなのでしょうね。

[yohhoy]

この問題を"解く"場合は、マルチスレッド処理であっても常に計算結果が安定するよう設計・実装する必要がありますね。
そしてそのような設計・実装をするとなると、結局はシングルスレッドで済む処理をただただ複雑に書くだけになるため、maisumakun さん回答に戻ってしまいますｗ