c++怎么使用信号量进行同步_c++信号量同步方法-C++-PHP中文网

c++怎么使用信号量进行同步_c++信号量同步方法

裘德小鎮的故事

发布： 2025-10-03 16:38:02

原创

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C++20引入了std::counting_semaphore和std::binary_semaphore，推荐用于线程同步；早期版本可通过POSIX信号量（Linux）或互斥锁与条件变量模拟实现，适用于资源访问控制、生产者-消费者模型等场景。

c++怎么使用信号量进行同步_c++信号量同步方法

在C++中，信号量（Semaphore）是一种常用的同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问。C++11标准库本身没有直接提供信号量，但从C++20开始，<semaphore>头文件引入了 std::counting_semaphore 和简化的 std::binary_semaphore。对于早期版本的C++，可以使用POSIX信号量或通过互斥锁和条件变量模拟。

一、C++20中的信号量（推荐方式）

如果你使用的是支持C++20的编译器（如GCC 11+、Clang 14+），可以直接使用标准库提供的信号量类型。

示例代码：

创建一个计数信号量，初始值为1（类似二进制信号量）：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <semaphore>
#include <vector>

std::counting_semaphore<5> sem(1); // 最大允许5个，初始1个
std::vector<int> data;

void worker(int id) {
    sem.acquire(); // 等待获取信号量
    std::cout << "线程 " << id << " 进入临界区\n";
    
    // 模拟操作共享资源
    data.push_back(id);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
    
    std::cout << "线程 " << id << " 离开临界区\n";
    sem.release(); // 释放信号量
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
        threads.emplace_back(worker, i);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }
    return 0;
}

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关键方法：

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acquire()：减少信号量计数，如果为0则阻塞。
try_acquire()：尝试获取，不阻塞，失败返回false。
release()：增加信号量计数，唤醒等待线程。

二、使用POSIX信号量（跨平台性较差）

在Linux系统中，可以使用POSIX信号量 sem_t，需包含 <semaphore.h>。

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示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <semaphore.h>

sem_t posix_sem;

void task(int id) {
    sem_wait(&posix_sem); // P操作
    std::cout << "线程 " << id << " 正在工作...\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "线程 " << id << " 完成。\n";
    sem_post(&posix_sem); // V操作
}

int main() {
    sem_init(&posix_sem, 0, 1); // 初始化，非共享，初值1

    std::thread t1(task, 1);
    std::thread t2(task, 2);

    t1.join();
    t2.join();

    sem_destroy(&posix_sem);
    return 0;
}

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注意：Windows不原生支持 sem_t，移植性差。

三、用互斥锁和条件变量模拟信号量（C++11兼容）

适用于不支持C++20的环境，手动实现一个简单的信号量类。

自定义信号量类：

#include <mutex>
#include <condition_variable>

class semaphore {
private:
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;
    int count;

public:
    semaphore(int c = 0) : count(c) {}

    void acquire() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        while (count == 0) {
            cv.wait(lock);
        }
        --count;
    }

    void release() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        ++count;
        cv.notify_one();
    }
};

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使用方式与C++20信号量类似，可替换 std::counting_semaphore。