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概述

std::condition_variable 是 C++ 标准库中用于线程间通信的同步原语。它允许一个或多个线程等待某个条件为真。通常与 std::mutex 一起使用，std::condition_variable 提供了两种主要的等待方式：wait 和 wait_for。

使用说明

1. 初始化：std::condition_variable 通常作为类的成员变量进行初始化。
2. 等待：使用 wait 或 wait_for 方法来阻塞当前线程，直到条件满足。
3. 通知：使用 notify_one 或 notify_all 方法来唤醒等待的线程。

关键方法

• void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock);

  • 使当前线程阻塞，直到条件变量被通知。
  • 调用 wait 之前，必须先对 std::mutex 进行上锁，并将锁对象传递给 wait 方法。
  • 当线程被唤醒时，它会自动重新获取锁。

• template<class Rep, class Period> std::cv_status wait_for(std::unique_lock<std::mutex>& lock, const std::chrono::duration<Rep, Period>& rel_time);

  • 使当前线程阻塞指定的时间长度，或者直到条件变量被通知。
  • 如果在指定的时间内没有被通知，则返回 std::cv_status::timeout。

• void notify_one();

  • 唤醒一个正在等待的线程。
  • 如果有多个线程在等待，选择哪个线程被唤醒是不可预测的。

• void notify_all();

  • 唤醒所有正在等待的线程。

使用示例

下面是一个简单的示例，展示了如何使用 std::condition_variable 来实现线程间的同步。这个例子中，主线程等待子线程完成某个任务。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>class Task {
public:void execute() {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);std::cout << "模拟一个耗时任务,开始!" << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));std::cout << "模拟一个耗时任务,结束!" << std::endl;status_ = true;// 通知等待的线程cv_.notify_one();}void waitUntilCompleted() {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);std::cout << "使用 wait 来等待任务完成!" << std::endl;cv_.wait(lock, [this]{ return status_; });// 当 wait 返回时，说明 status_ 为 truestd::cout << "任务已完成!" << std::endl;}private:std::mutex mutex_;std::condition_variable cv_;bool status_ = false;
};int main() {Task task;// 启动一个新线程执行任务std::thread worker([&task](){ task.execute(); });// 主线程等待任务完成task.waitUntilCompleted();std::cout << "等待子线程结束!" << std::endl;worker.join();std::cout << "子线程已结束!" << std::endl;return 0;
}

说明

• execute 方法：模拟了一个耗时任务。在任务完成后，设置 status_ 为 true，并使用 notify_one 通知等待的线程。
• waitUntilCompleted 方法：使用 wait 方法来等待 status_ 变为 true。wait 方法的第一个参数是一个 std::unique_lock<std::mutex>，第二个参数是一个 lambda 表达式，该表达式返回一个布尔值，表示等待的条件。
• main 函数：创建了一个 Task 对象，并启动了一个子线程来执行任务。主线程调用 waitUntilCompleted 方法来等待任务完成，然后等待子线程结束。

在这个示例中，std::condition_variable 被用来实现在任务完成时通知等待的线程。这样可以有效地避免 busy-waiting（忙等待），提高程序的性能和响应性。

执行结果