C++11多线程编程:信号量的实现

作者:rousong2024.01.17 04:30浏览量:21

简介:信号量是一种同步原语,用于控制多个线程对共享资源的访问。在C++11中,我们可以使用标准库中的`std::condition_variable`和`std::mutex`来实现信号量。本文将介绍如何使用这些工具来创建和管理信号量,以及如何在多线程环境中使用它们来同步线程。

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C++11引入了多线程编程的支持,使得开发者能够更轻松地编写并行和并发程序。其中,信号量是一种重要的同步原语,用于控制多个线程对共享资源的访问。在C++11中,我们可以使用标准库中的std::condition_variablestd::mutex来实现信号量。
首先,我们需要包含头文件<condition_variable><mutex>

  1. #include <condition_variable>
  2. #include <mutex>

接下来,我们可以定义一个互斥锁(mutex)和一个条件变量(condition variable):

  1. std::mutex mtx;
  2. std::condition_variable cv;

互斥锁用于保护共享资源,以避免多个线程同时访问和修改它们。条件变量则用于阻塞等待某个条件成立。
现在,我们可以创建一个计数信号量。计数信号量是一个整数值,表示可用的资源数量。当一个线程需要获取资源时,它会尝试减少计数信号量的值。如果计数信号量的值为0,则线程会被阻塞,直到其他线程释放资源并增加计数信号量的值。
以下是一个示例代码,演示如何使用std::condition_variablestd::mutex实现计数信号量:

  1. int semaphore = 0; // 计数信号量初始化为0
  2. std::mutex mtx; // 互斥锁
  3. std::condition_variable cv; // 条件变量
  4. void thread_func() {
  5. std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 锁定互斥锁
  6. while (semaphore == 0) { // 如果计数信号量为0,则等待条件变量通知
  7. cv.wait(lock); // 阻塞等待,直到其他线程调用cv.notify_one()或cv.notify_all()
  8. }
  9. semaphore--; // 获取资源,计数信号量减1
  10. // 执行任务...
  11. lock.unlock(); // 解锁互斥锁,允许其他线程访问共享资源
  12. }

在上面的代码中,我们定义了一个名为semaphore的计数信号量,初始值为0。在thread_func()函数中,我们首先锁定互斥锁,然后检查计数信号量的值是否为0。如果是,则调用cv.wait(lock)来阻塞当前线程,等待其他线程调用cv.notify_one()cv.notify_all()来通知它。当计数信号量的值不为0时,我们将其减1,表示已经获取了一个资源。最后,我们解锁互斥锁,允许其他线程访问共享资源。
当一个线程释放资源时,它需要增加计数信号量的值,并通知等待的线程:

  1. void release_resource() {
  2. std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 锁定互斥锁
  3. semaphore++; // 释放资源,计数信号量加1
  4. cv.notify_one(); // 通知一个等待的线程
  5. lock.unlock(); // 解锁互斥锁,允许其他线程访问共享资源
  6. }

在上面的代码中,我们首先锁定互斥锁,然后增加计数信号量的值。接着,我们调用cv.notify_one()来唤醒一个等待的线程。最后,我们解锁互斥锁,允许其他线程访问共享资源。
这就是使用C++11标准库中的std::condition_variablestd::mutex实现计数信号量的基本方法。在实际应用中,我们可以根据具体的需求来调整代码。例如,我们可以使用循环来处理多个等待的线程,或者使用自定义的比较函数来检查条件变量的值是否满足某个特定条件。此外,我们还可以结合使用其他的同步原语(如条件变量、读写锁等)来实现更复杂的同步需求。

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