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C++实现生产者消费者模型

2023-07-13 05:47:03 深夜i -- --

C++ 生产者消费者模型实现

在并发编程中，生产者消费者模型是一个重要的概念。生产者消费者模型是指一个生产者线程生成数据，而另一个消费者线程消费数据的过程。这个模型是一种常见的读写数据的方式，特别是在多线程和多进程编程中。

C++提供了一种自然的方式来实现生产者消费者模型。在C++中，可以使用线程来实现生产者消费者模型，而线程之间可以使用共享的缓冲区来交换数据。下面是一个使用C++实现生产者消费者模型的例子：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
using namespace std;
const int MAX_SIZE = 10;
queue<int> buffer;
mutex m;
condition_variable produce_cv, consume_cv;
void produce() {
  for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) {
    unique_lock<mutex> lck(m);
    while (buffer.size() == MAX_SIZE) {
      produce_cv.wait(lck);
    }
    buffer.push(i);
    cout << "Produced: " << i << endl;
    consume_cv.notify_one();
  }
}
void consume() {
  while (1) {
    unique_lock<mutex> lck(m);
    while (buffer.empty()) {
      consume_cv.wait(lck);
    }
    int val = buffer.front();
    buffer.pop();
    cout << "Consumed: " << val << endl;
    produce_cv.notify_one();
  }
}
int main() {
  thread producer(produce);
  thread consumer(consume);
  producer.join();
  consumer.join();
  return 0;
}

这个程序使用了STL的queue来表示缓冲区，使用了线程和互斥量来实现并发。在主函数中，我们创建了一个生产者线程和一个消费者线程。生产者线程不断地生产数据并将其存入缓冲区，消费者线程从缓冲区中取出数据并消费。

在produce()函数中，线程会首先获取互斥量m，然后利用while循环来判断缓冲区是否已满。如果缓冲区已满，则调用produce_cv.wait(lck)来挂起线程并且等待消费者线程发出信号。如果缓冲区不满，则将数据存入缓冲区，并通过consume_cv.notify_one()通知消费者线程可以消费数据了。这个函数的执行过程是一个不断循环的过程。

在consume()函数中，线程也会首先获取互斥量m，然后利用while循环来判断缓冲区是否为空。如果缓冲区为空，则调用consume_cv.wait(lck)来挂起线程并且等待生产者线程发出信号。如果缓冲区不为空，则从缓冲区中取出数据并消费，并通过produce_cv.notify_one()通知生产者线程可以生产数据了。这个函数的执行过程同样是一个不断循环的过程。

在程序的最后，我们需要等待生产者线程和消费者线程执行完毕，并通过join()函数来实现。

总的来说，C++提供了非常方便的方式来实现生产者消费者模型，它结合了线程、互斥量、条件变量和队列等多种技术，可以帮助我们有效地完成并发编程的任务。

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