SDL2の排他制御

SDL_Semaphore構造体でセマフォによるクリティカルセクションの排他制御を実行します。メンバ変数は隠蔽されている為、外部からはAPI経由でアクセスします。

/* The SDL semaphore structure, defined in SDL_syssem.c */
struct SDL_semaphore;
typedef struct SDL_semaphore SDL_sem;

SDL_mutex構造体でミューテックスによるクリティカルセクションの排他制御を実行します。メンバ変数は隠蔽されている為、外部からはAPI経由でアクセスします。SDL_semaphore構造体との違いはSDL_mutex構造体は優先度継承が使用できる点です。

/* The SDL mutex structure, defined in SDL_sysmutex.c */
struct SDL_mutex;
typedef struct SDL_mutex SDL_mutex;

SDL_cond構造体は同期機構を提供する構造体で、SDL_mutex構造体と組み合わせて使用します。SDL_mutex構造体を使わない区間での同期にはSDL_semaphore構造体を使う必要があります。

外部変数gNumberをインクリメントするスレッドとデクリメントするスレッドが動作するサンプルプログラムです。gNumberの読み込みと更新をアトミックにする為、SDL_mutex構造体を使います。ただし、gNumberの上限値を下限値を超えないようにする為、SDL_cond構造体を用いています（SDL_semaphore構造体を使用して、SDL_mutex構造体のロックとアンロックを呼び出し元で実行しても良いです）。

#include <SDL.h>
#include <iostream>

#define NUMBER_UPPER_LIMIT (128)
#define NUMBER_UNDER_LIMIT (-1)

#define SDL_PrintError(name)                                    \
  do {                                                          \
    std::cerr << #name << ": " << SDL_GetError() << std::endl;  \
  } while (0)

/** NOTE: Number which is increment and decrement. */
static int gNumber = 0;

/** NOTE: Mutex for thread-safe with gNumber. */
static SDL_mutex *gMutex = nullptr;;

/** NOTE: Condition for waiting gNumber is under 10. */
static SDL_cond *gOverflowCond = nullptr;

/** NOTE: Condition for waiting gNumber is over 0. */
static SDL_cond *gUnderflowCond = nullptr;

static bool initialize()
{
  if (SDL_Init(SDL_INIT_EVERYTHING) < 0) {
    SDL_PrintError(SDL_Init);
    return false;
  }

  gMutex = SDL_CreateMutex();
  if (gMutex == nullptr)
    goto err1;

  gOverflowCond = SDL_CreateCond();
  if (gOverflowCond == nullptr)
    goto err2;

  gUnderflowCond = SDL_CreateCond();
  if (gUnderflowCond == nullptr)
    goto err3;

  return true;

 err3:
  SDL_DestroyCond(gOverflowCond);
 err2:
  SDL_DestroyMutex(gMutex);
 err1:
  SDL_Quit();
  return false;
}

static void finalize()
{
  SDL_DestroyCond(gUnderflowCond);
  SDL_DestroyCond(gOverflowCond);
  SDL_DestroyMutex(gMutex);
  SDL_Quit();
}

/** NOTE: Increment number thread. */
static int inc(void *)
{
  for (int n = 0; n < 4096; ++n) {
    SDL_LockMutex(gMutex);

    /** NOTE: Wait gNumber be under upper limit with unlock mutex. */
    if (gNumber == NUMBER_UPPER_LIMIT) {
      std::cout << "Overflow" << std::endl;
      SDL_CondWait(gOverflowCond, gMutex);
    }

    /** NOTE: Wake waiting thread. */
    if (gNumber++ == NUMBER_UNDER_LIMIT)
      SDL_CondSignal(gUnderflowCond);

    SDL_UnlockMutex(gMutex);
  }

  return 0;
}

/** NOTE: Decrement number thread. */
static int dec(void *)
{
  for (int n = 0; n < 4096; ++n) {
    SDL_LockMutex(gMutex);

    /** NOTE: Wait gNumber be over under limit with unlock mutex. */
    if (gNumber == NUMBER_UNDER_LIMIT) {
      std::cout << "Underflow" << std::endl;
      SDL_CondWait(gUnderflowCond, gMutex);
    }

    /** NOTE: Wake waiting thread. */
    if (gNumber-- == NUMBER_UPPER_LIMIT)
      SDL_CondSignal(gOverflowCond);

    SDL_UnlockMutex(gMutex);
  }

  return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  SDL_Thread *incThread;
  SDL_Thread *decThread;
  int ret;

  if (!initialize())
    return 1;

  incThread = SDL_CreateThread(inc, "Inc", nullptr);
  if (incThread == nullptr) {
    SDL_PrintError(SDL_CreateThread);
    goto err1;
  }

  decThread = SDL_CreateThread(dec, "Dec", nullptr);
  if (decThread == nullptr) {
    SDL_PrintError(SDL_CreateThread);
    goto err2;
  }

  SDL_WaitThread(incThread, &ret);
  SDL_WaitThread(decThread, &ret);
  std::cout << "gNumber = " << gNumber << std::endl;

  finalize();
  return 0;

 err2:
  SDL_DetachThread(incThread);
 err1:
  finalize();
  return 1;
}

実行結果は以下のようになります。スレッドの動作はタイミングによって変わるので、OverflowとUnderflowの文字列表示は不定です。

$ ./a.out
Overflow
Underflow
Underflow
Underflow
Underflow
gNumber = 0
$ ./a.out
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Underflow
Overflow
Overflow
Underflow
Overflow
gNumber = 0