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C++编程实现生产者消费者模式

2023-07-04 18:31:36 深夜i -- --

C++编程生产者消费者模式线程同步

生产者消费者模式是一种常见的并发编程模式，C++作为一种高效而且功能丰富的编程语言，在实现该模式上有很好的应用。本文将介绍如何使用C++编程实现生产者消费者模式。

生产者消费者模式定义了两种角色，一方面是生产者，负责生产数据，另一方面是消费者，负责消费生产者生产的数据。两者之间通过一个缓冲区进行数据交换。在多线程环境下，生产者消费者模式很容易实现，但是实现方法也有很多。

下面是一个简单的使用C++编写的生产者消费者模型的例子：


#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
std::queue<int> data_queue; // 生产者消费者数据缓冲区
std::mutex m;  // 互斥锁用于保护数据缓冲区
std::condition_variable cond; // 条件变量
bool flag_stop = false;  // 停止标志，用于结束生产者消费者线程
void producer()  // 生产者线程函数
{
  int i = 0;
  while (!flag_stop)
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    data_queue.push(i++);
    lk.unlock(); // 解锁以避免不必要的等待
    cond.notify_one(); // 通知消费者
  }
  // 生产者线程结束
}
void consumer()  // 消费者线程函数
{
  while (true)
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
    cond.wait(lk, []{return !data_queue.empty();}); // 等待队列非空
    int data = data_queue.front();
    data_queue.pop();
    lk.unlock(); // 解锁以避免不必要的等待
    // 处理数据
  }
}
int main()
{
  std::thread t1(producer); // 创建生产者线程
  std::thread t2(consumer); // 创建消费者线程
  // 主线程等待生产者消费者线程结束
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

以上代码演示了一个非常简单的生产者消费者模型的实现。首先定义了一个数据缓冲区`data_queue`，并在生产者线程中生产数据，并将其存储在缓冲区中。消费者线程则等待缓冲区非空，然后从中取出数据并进行相关处理。

互斥锁`m`和条件变量`cond`是实现的关键，它们确保数据不能被同时修改和读取，同时还能在数据就绪时通知消费者线程。

在主函数中，我们创建了一个生产者和一个消费者线程，并分别启动它们。最后，主线程等待两个工作线程完成任务后返回。

这是一个简单的C++实现的生产者消费者模型，C++的多线程特性使得实现此模型非常容易。实践中，可能需要更复杂的处理逻辑和更多的线程。此外，需要谨慎处理程序中的同步和互斥锁，以避免不必要的死锁和线程发生竞争情况。

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