C语言pthreads多线程填充二维数组行时出现NaN异常问题

单线程运行正常、多线程运行过程中逐渐出现NaN的问题，是典型的未定义行为/数据竞争触发的内存错误，按出现概率从高到低的排查点和修复方案如下：

• 错误的指针类型转换触发内存越界
  你在pthread_create时将traj_set[ii]强转为int*传入，在线程函数内再转回结构体指针的写法存在严重问题：如果traj_set的元素本身不是对应结构体类型的指针，强转后指针的步长、内存对齐规则都会和实际分配的数组不匹配。单线程运行时内存写入顺序连续，刚好不会踩到其他内存；多线程并发写入时，单线程实际写入的内存长度会超过当前行分配的边界，篡改相邻行存储的浮点位模式，最终生成NaN值。
  修复方式：去掉中间无意义的int*强转，传参时直接传入对应行的结构体指针，线程入口函数参数统一为void*类型，进入函数后直接转换为目标结构体指针即可。
• 共享可写变量未做同步触发数据竞争
  运行过程中逐渐出现异常是数据竞争的典型特征：如果compute_trajectory函数内使用了全局变量、静态局部变量，或者多个线程会同时读写同一个非线程私有的浮点数变量（比如公共累加器、全局缓存），并发写入时会出现值撕裂，部分二进制位被改写后就会生成NaN。单线程场景下不存在并发访问，因此不会触发异常。
  排查方式：梳理线程函数内所有非栈上分配的变量，多线程共同写入的变量要么改为线程私有（使用_Thread_local修饰，或挪到线程函数栈上分配），要么加pthread_mutex_t互斥锁保护读写操作。
• 传参使用栈临时变量触发内存访问错乱
  如果traj_set中存储的是循环内临时变量的地址，循环迭代时临时变量的内存会被复用，线程拿到的行索引会被后续循环逻辑覆盖，导致线程写入不属于自己的内存区间，踩坏其他行的浮点数据。
  修复方式：确认traj_set指向的内存生命周期覆盖所有线程的运行周期（比如在main函数内定义、或在堆上动态分配，等所有pthread_join执行完成后再释放），不要将循环内临时栈变量的地址存入traj_set传给线程。
• 默认线程栈大小不足触发栈溢出
  macOS Monterey系统下pthread默认栈大小为512KB，如果你的线程函数内定义了大体积的局部数组，8个线程并发运行时容易触发栈溢出，篡改相邻内存区域的浮点数据，生成随机NaN。单线程运行时栈空间充足，不会触发该问题。
  修复方式：将线程函数内的大体积局部数组改为堆上动态分配（malloc申请、free释放），或在创建线程时手动设置更大的栈空间，参考代码如下：

  pthread_attr_t attr;
  pthread_attr_init(&attr);
  pthread_attr_setstacksize(&attr, 2 * 1024 * 1024); // 设置2MB线程栈
  pthread_create(&threads[ii], &attr, compute_trajectory, traj_set[ii]);
  pthread_attr_destroy(&attr);
  

快速排查可以直接打开编译器的地址消毒器和线程消毒器编译，运行后会直接定位到越界写、数据竞争的具体代码行，clang下的编译选项参考：clang -fsanitize=address,thread -g your_code.c -o your_bin -lpthread

内容的提问来源于stack exchange，提问作者beanL