C语言多线程场景下对semaphore信号量做递减操作时哪里出错了？

现有代码的核心问题 #

• 信号量发布时机错误：当前thread_A先执行sem_post(&sem)再执行malloc分配数组，会导致function_B拿到信号量时array还未完成初始化，直接访问触发野指针崩溃。
• 信号量计数逻辑错误：信号量初始值为0，thread_A每次循环都执行一次post，如果function_B没有及时消费信号量，信号量计数会累计到大于1，下次循环还未执行malloc时function_B就能成功获取信号量，同样会访问非法内存。
• 数组释放前无同步逻辑：thread_A休眠2秒后直接执行free(array)，没有判断当前是否有线程正在写入数组，会触发释放后使用（UAF）的内存错误。
• 共享变量无并发保护：array、position都是多线程共享的全局变量，没有加锁保护的情况下并发访问会出现竞争条件，比如position计数异常、array指针读取到半初始化的值。
• sem_trywait返回值判断逻辑倒置：sem_trywait成功获取信号量时返回值为0，失败返回非0，当前代码if(sem_trywait(&sem))的判断逻辑会导致获取信号量成功时不执行写入，获取失败反而进入写入分支，完全不符合预期。

修复示例代码 #

全局变量与初始化 #

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int *array = NULL;
int position = 0;
sem_t sem;
// 新增互斥锁保护array、position等共享变量
pthread_mutex_t array_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 主函数初始化逻辑
int main() {
    // 信号量初始值仍为0
    sem_init(&sem, 0, 0);
    // 后续线程创建逻辑省略
    return 0;
}

thread_A 实现修复 #

static void *thread_A(void *p_vp_arg)
{
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&array_mutex);
        array = malloc(1024 * sizeof(int));
        position = 0; // 每次分配新数组后重置写入位置
        pthread_mutex_unlock(&array_mutex);
        
        sem_post(&sem); // 数组分配完成后再发布信号量，通知可写入
        
        /* 原有业务逻辑 */
        sleep(2);
        
        // 释放前清空未消费的信号量，避免下次循环前被错误获取
        sem_trywait(&sem);
        
        pthread_mutex_lock(&array_mutex);
        free(array);
        array = NULL; // 释放后置空，避免野指针访问
        pthread_mutex_unlock(&array_mutex);
    }
}

function_B 实现修复 #

static void function_B(int variable){
    // 正确判断信号量获取成功的返回值
    if(sem_trywait(&sem) == 0){
        pthread_mutex_lock(&array_mutex);
        // 双重校验避免极端情况下数组已被释放、写入越界
        if(array != NULL && position < 1024){
            printf("I can write into the array\n");
            array[position] = variable;
            position += 1;
        }
        pthread_mutex_unlock(&array_mutex);
        // 如果需要支持数组有效期内多次写入，此处新增 sem_post(&sem) 归还信号量即可
    }
}

可选优化方案 #

如果业务需要在数组的2秒有效期内支持任意次数的写入，可以将信号量替换为读写锁：数组分配完成后加读锁，释放数组前解读锁，写入操作尝试加读锁，成功即可执行写入，逻辑会更简洁清晰。

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