マルチスレッドの実装(C++)

Question

[C++]以下の問題をマルチスレッドで解くために,コードを書いてみましたがうまくいきません. エラーは出ませんが,肝心の出力変数sum_sakuraとsum_tomoyoが0のままファイルに書き込まれます.
マルチスレッドはどのように実装すればよいのでしょうか?

sakuraさんとtomoyo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sakuraさんとtomoyoさんはそれぞれ何個のリンゴを購入しましたか?

sakura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
tomoyo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akira
・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

#include "C2_report10.h"

int main()
{
	// カレントディレクトリの取得
	char s_currentDir[_MAX_PATH];
	GetCurrentDirectory(sizeof(s_currentDir), s_currentDir);
	// ファイルパスの作成(iniファイルから読み込み)
	char s_inifile[_MAX_PATH];
	sprintf_s(s_inifile, "%s\C2_report10.ini", s_currentDir);

	//構造体にiniファイルのデータを格納
	//sakura
	struct Customer sakura, tomoyo;
	sakura.travel_time = GetPrivateProfileInt("sakura","travel_time", -1, s_inifile);
	sakura.home_time = GetPrivateProfileInt("sakura", "home_time", -1, s_inifile);
	sakura.exchange_time = GetPrivateProfileInt("sakura", "exchange_time", -1, s_inifile);
	sakura.having_apple = GetPrivateProfileInt("sakura", "having_apple", -1, s_inifile);
	//tomoyo
	tomoyo.travel_time = GetPrivateProfileInt("tomoyo", "travel_time", -1, s_inifile);
	tomoyo.home_time = GetPrivateProfileInt("tomoyo", "home_time", -1, s_inifile);
	tomoyo.exchange_time = GetPrivateProfileInt("tomoyo", "exchange_time", -1, s_inifile);
	tomoyo.having_apple = GetPrivateProfileInt("tomoyo", "having_apple", -1, s_inifile);
	//akira
	struct Shop akito;
	akito.all_apple = GetPrivateProfileInt("akito", "all_apple", -1, s_inifile);

	//sakuraとtomoyoのそれぞれのりんご所持限界
	sakura_max = 5;
	tomoyo_max = 3;

	//sakuraとtomoyoの接客時間設定
	sakura_exchanging = sakura.exchange_time;
	tomoyo_exchanging = tomoyo.exchange_time;

	//turn_time設定
	sakura_turn_time = sakura.travel_time * 2 + sakura.home_time;
	tomoyo_turn_time = tomoyo.travel_time * 2 + tomoyo.home_time;

	//マルチスレッドスタート↓
	//next_time変数を自宅から店までの片道時間に初期化
	float sakura_next_time = sakura.travel_time; //sakuraが次にりんごを買いに来るまでの時間
	float tomoyo_next_time = tomoyo.travel_time; //tomoyoが次にりんごを買いに来るまでの時間

	std::thread th1(ThreadProcess1);
	std::thread th2(ThreadProcess2);

	th1.join();
	th2.join();
	//マルチスレッド終了↑

	//ファイルオープン
	FILE* fp;
	errno_t error = fopen_s(&fp, "result.txt", "w");
	if (error != 0)  return false;

	//ファイル書き込み
	char s_buf[BUFFSIZE];
	sprintf_s(s_buf, "sakura=%d, tomoyo=%d", sum_sakura, sum_tomoyo);
	fputs(s_buf, fp);

	//ファイルクローズ
	fclose(fp);

}

//sakuraスレッド
void ThreadProcess1() {

	while (sum_apple <= 0) 
	{
		//tomoyoを接客中なので何もしないで待つ
		if (waiting == 1) 
		{
			sakura_next_time--;
		}
		else //店員の手が空いてるとき
		{
			waiting = 1;
			for (int i = 0; i < sakura_exchanging; i++)
			{
				if (sakura_next_time <= 0)
				{
					for (int j = 0; j < sakura_max; j++)
					{
						sum_sakura++;
						sum_akira--;
						if (sum_akira <= 0) break;
					}

					//next_timeリセット
					sakura_next_time = sakura_turn_time;
				}
			}
			waiting = 0;
		}
		if (sum_akira <= 0) break;
	}
	

}

//tomoyoスレッド
void ThreadProcess2() {
	while (sum_apple <= 0)
	{
		//sakuraを接客中なので何もしないで待つ
		if (waiting == 1)
		{
			tomoyo_next_time--;
		}
		else //店員の手が空いてるとき
		{
			waiting = 1;
			for (int i = 0; i < tomoyo_exchanging; i++)
			{
				if (tomoyo_next_time <= 0)
				{
					for (int j = 0; j < sakura_max; j++)
					{
						sum_tomoyo++;
						sum_akira--;
						if (sum_akira <= 0) break;
					}

					//next_timeリセット
					tomoyo_next_time = tomoyo_turn_time;
				}
			}
			waiting = 0;
		}
		if (sum_akira <= 0) break;
	}

}

ちなみにヘッダーファイルは以下の通りです.
使ってないライブラリもあります.

#pragma once

#pragma comment(lib, "winmm.lib")

//インクルードライブラリ
#include <windows.h>
#include <mmsystem.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <vector>
#include <process.h>
#include <thread>

//マクロ宣言
#define BUFFSIZE 1024

//構造体宣言(客さくら,ともよ)
typedef struct Customer {
	int travel_time;	//家から八百屋への片道時間
	int home_time;		//自宅での荷降ろし時間
	int exchange_time;	//八百屋での店員とのやり取り時間
	int having_apple;	//一度に購入できるりんごの数
};

//構造体宣言(八百屋あきら)
typedef struct Shop {
	int all_apple;		//販売りんご総数
};

//グローバル変数宣言
float sum_apple = 100;	//残りりんご個数
float waiting = 0;	//店員の接客パラメータ(0で非接客中, 1で接客中)
float sakura_next_time = 0;	//sakuraが次にりんごを買いに来るまでの時間
float tomoyo_next_time = 0; //tomoyoが次にりんごを買いに来るまでの時間
float sakura_turn_time = 0;	//sakuraの往復時間
float tomoyo_turn_time = 0; //tomoyoがの往復時間
float sakura_max = 0;	//sakuraのりんご所持数限界
float tomoyo_max = 0;	//tomoyoのりんご所持数限界
float sakura_exchanging = 0;	//sakuraのやり取り時間
float tomoyo_exchanging = 0;	//tomoyoのやり取り時間
float sum_sakura = 0;	//sakuraのりんご現在所持数
float sum_tomoyo = 0;	//tomoyoのりんご現在所持数
float sum_akira = 0;	//akiraのりんご現在所持数

//関数のプリ宣言
void ThreadProcess1();
void ThreadProcess2();

Answer 1

客は1人ずつしか対応できない

ここがひとつのキモです。リンゴの売買操作は八百屋の店員さん1人しか行えないので、その点を意識します。SakuraとTomoyoは八百屋で定員とやり取りするので、八百屋の中に入り、出るまでを八百屋の店員さんを占有する時間と考えてみましょう。また、リンゴが100個と言うのは八百屋側の都合であり、購入にあたってSakuraとTomoyoがどれだけ購入可能であるかは八百屋側にかかっているので、それも考慮した実装を例として挙げます。ファイルには出力していませんが、そこは本質ではないと考えましたので省いています。

#include <thread>
#include <mutex>
#include <cstdio>

// 八百屋(店員)の排他ロックオブジェクト
std::mutex store_mutex;

// リンゴ在庫数
int apple_num = 0;

static void sleep(int seconds) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(seconds));
}

// リンゴの購入 - 在庫を考慮して買える個数を返す
int buy_apple(int num_to_buy) {
    int result = apple_num < num_to_buy ? apple_num : num_to_buy;
    apple_num -= result;
    return result;
}

void Sakura_worker() {
    int total = 0;      // 購入数
    int turn = 0;       // 購入回数
    int num;

    // リンゴが買える間、ループ
    do {
        ++turn;

        printf("%d: Sakuraは %d 個のリンゴを購入済み.\n", turn, total);
        // 家から店へ
        sleep(1);

        // 八百屋に入る (店員さんを占有)
        store_mutex.lock();

        // リンゴを買える分、購入する
        num = buy_apple(5);

        // 八百屋で店員さんとやり取りする時間を消費
        sleep(1);

        // 八百屋から出る (店員さんを解放)
        store_mutex.unlock();

        // 八百屋から家に帰る
        sleep(1);

        // 自宅での荷下ろし
        sleep(3);

        // 全購入数を更新
        total += num;
    } while (num > 0);

    printf("Sakuraは %d 個のリンゴを購入できました.\n", total);
}

void Tomoyo_worker() {
    int total = 0;      // 購入数
    int turn = 0;       // 購入回数
    int num;

    // リンゴが買える間、ループ
    do {
        ++turn;
        printf("%d: Tomoyoは %d 個のリンゴを購入済み.\n", turn, total);
        sleep(2);
        store_mutex.lock();
        num = buy_apple(3);
        sleep(2);
        store_mutex.unlock();
        sleep(2);
        sleep(1);
        total += num;
    } while (num > 0);

    printf("Tomoyoは %d 個のリンゴを購入できました.\n", total);
}

int main()
{
    apple_num = 100;      // リンゴの在庫を100にする

    std::thread personA(Sakura_worker);
    std::thread personB(Tomoyo_worker);

    personA.join();
    personB.join();

    return 0;
}

Visual Studio 2019 で確認しました。実行結果です。

C:vct1>Debug\vct1.exe
1: Sakuraは 0 個のリンゴを購入済み.
1: Tomoyoは 0 個のリンゴを購入済み.
2: Sakuraは 5 個のリンゴを購入済み.
2: Tomoyoは 3 個のリンゴを購入済み.
3: Sakuraは 10 個のリンゴを購入済み.
3: Tomoyoは 6 個のリンゴを購入済み.
4: Sakuraは 15 個のリンゴを購入済み.
4: Tomoyoは 9 個のリンゴを購入済み.
5: Sakuraは 20 個のリンゴを購入済み.
5: Tomoyoは 12 個のリンゴを購入済み.
6: Sakuraは 25 個のリンゴを購入済み.
6: Tomoyoは 15 個のリンゴを購入済み.
7: Sakuraは 30 個のリンゴを購入済み.
7: Tomoyoは 18 個のリンゴを購入済み.
8: Sakuraは 35 個のリンゴを購入済み.
8: Tomoyoは 21 個のリンゴを購入済み.
9: Sakuraは 40 個のリンゴを購入済み.
9: Tomoyoは 24 個のリンゴを購入済み.
10: Sakuraは 45 個のリンゴを購入済み.
10: Tomoyoは 27 個のリンゴを購入済み.
11: Sakuraは 50 個のリンゴを購入済み.
11: Tomoyoは 30 個のリンゴを購入済み.
12: Sakuraは 55 個のリンゴを購入済み.
12: Tomoyoは 33 個のリンゴを購入済み.
13: Sakuraは 60 個のリンゴを購入済み.
13: Tomoyoは 36 個のリンゴを購入済み.
14: Sakuraは 64 個のリンゴを購入済み.
Tomoyoは 36 個のリンゴを購入できました.
Sakuraは 64 個のリンゴを購入できました.

C:vct1>

それぞれの立場で考えて分けてみると、マルチスレッドとは言えどもそれほど複雑な処理にならないことが分かると思います。

※余談ですが実は先のご質問C++　マルチスレッド - teratail#269460で ほぼC言語+ pthread で回答を用意していたのですが、愚直なコードなのでC++枠で参戦しそびれました。相変わらず愚直かもしれませんがこちらで質問者さんのコードに寄ったもので書き換え、回答してみた次第です。

Answer 2

while (sum_apple <= 0)

sum_appleは100なので、各スレッド一周も回らずに終わっていますよ。

---

    //next_time変数を自宅から店までの片道時間に初期化
    float sakura_next_time = sakura.travel_time; //sakuraが次にりんごを買いに来るまでの時間
    float tomoyo_next_time = tomoyo.travel_time; //tomoyoが次にりんごを買いに来るまでの時間

floatは不要です。初期化できていません。

---

sprintf_s(s_buf, "sakura=%d, tomoyo=%d", sum_sakura, sum_tomoyo);

floatに対して書式指定が%dになっています。

---

    while (sum_apple >= 0)
    {
        //省略
                    for (int j = 0; j < sakura_max; j++)
                    {
                        sum_sakura++;
                        sum_akira--;
                        if (sum_akira <= 0) break;
                    }
        if (sum_akira <= 0) break;
    }

sum_akiraは常に0以下の為、一周目でループを抜けてしまいます。

---

-for (int j = 0; j < sakura_max; j++)
+for (int j = 0; j < tomoyo_max; j++)

ThreadProcess2のループ条件誤り？

Comments

[00_x9925]

回答ありがとうございます
最後のThreadProcess2のループ条件の誤りとはなんでしょうか?

[SHOMI]

diffに書いてある通りです。sakura_maxとtomoyo_maxを間違えていませんか

[dodox86]

＞質問者さん
まず、スレッドをひとつにして1行1行追ってデバッグしましょう。（コンパイルエラーが無いだけで、実際の処理を追っていないのでは？）