c++怎么使用条件变量condition_variable_c++条件变量同步机制详解

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发布时间：2025-10-20 11:50:01

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条件变量需与互斥锁配合使用，实现线程同步。①包含头文件并定义std::condition_variable与std::mutex。②等待线程通过wait(lock, predicate)阻塞，避免虚假唤醒。③通知线程修改共享数据后调用notify_one()或notify_all()唤醒等待线程。④生产者-消费者模型示例展示了队列操作与条件变量协同机制。⑤关键点：始终在循环中检查条件、确保通知前已更新数据并释放锁、根据场景选择唤醒方式。正确使用可有效解决多线程同步问题。

c++怎么使用条件变量condition_variable_c++条件变量同步机制详解

在C++多线程编程中，条件变量（std::condition_variable）是实现线程间同步的重要工具之一。它通常与互斥锁（std::mutex）配合使用，用于阻塞一个或多个线程，直到某个特定条件成立。这种机制非常适合生产者-消费者模型、任务队列等场景。

条件变量的基本组成

C++中的条件变量定义在头文件中，主要涉及以下两个类：

std::condition_variable：需要与 std::mutex 配合使用。
std::condition_variable_any：更通用，可与任意满足锁概念的互斥量使用，但性能略低。

常用成员函数包括：

wait(lock)：释放锁并阻塞线程，直到被唤醒。
wait(lock, predicate)：带条件判断的等待，避免虚假唤醒。
notify_one()：唤醒一个等待的线程。
notify_all()：唤醒所有等待的线程。

基本使用步骤

使用条件变量的标准流程如下：

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创建一个互斥量和一个条件变量。
在等待线程中，获取锁，然后调用 condition_variable.wait() 等待条件。
在通知线程中，修改共享数据，加锁后调用 notify_one() 或 notify_all()。
始终在循环中检查条件，防止虚假唤醒。

示例：生产者-消费者模型

下面是一个简单的生产者-消费者示例，展示如何使用条件变量进行线程同步：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::lock_guard lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "生产: " << i << "\n";
        cv.notify_one(); // 通知消费者
    }
    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        finished = true;
        cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        // 等待队列非空或生产结束
        cv.wait(lock, [] { 
            return !data_queue.empty() || finished; 
        });

        if (!data_queue.empty()) {
            int value = data_queue.front();
            data_queue.pop();
            std::cout << "消费: " << value << "\n";
        }

        if (data_queue.empty() && finished) {
            break; // 结束消费
        }
        lock.unlock();
        cv.notify_one(); // 通知生产者可以继续生产（如果需要）
    }
}

主函数启动线程：

int main() {
    std::thread p(producer);
    std::thread c1(consumer);
    std::thread c2(consumer);

    p.join();
    c1.join();
    c2.join();

    return 0;
}

关键注意事项

使用条件变量时需注意以下几点：

必须配合互斥量使用：wait会自动释放并重新获取锁。
使用lambda表达式作为谓词：避免虚假唤醒导致逻辑错误。
notify后数据状态已变：确保在通知前已修改共享数据并释放锁。
选择notify_one还是notify_all：根据是否有多个等待者决定。

基本上就这些。条件变量是C++并发编程的核心工具之一，理解其工作原理和正确使用方式，能有效解决线程同步问题。不复杂但容易忽略细节，比如忘记加锁或遗漏循环判断，都会导致程序出错。

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