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C++11新特性之condition_variable条件变量

 
  • 2022年 08月07日

概述

#include <condition_variable>
class std::condition_variable;

std::condition_variable是C++11才新增的线程支持库中的类，定义于头文件<condition_variable>。类似于POSIX线程中pthread_cond_t变量和pthread_cond_*()系列函数的功能。

condition_variable类是同步原语，能用于阻塞一个线程，或同时阻塞多个线程，直至另一线程修改共享变量(条件)并通知condition_variable。 阻塞在前，通知在后。condition_variable类和互斥锁std::mutex、std::unique_lock<std::mutex>搭配使用，此时的互斥锁保护的不仅仅是共享变量，还保护了线程调用wait()系列等待函数(个人理解)

成员函数

构造函数

condition_variable(); //构造 std::condition_variable 类型对象。
condition_variable(const condition_variable&) = delete; //被删除

  1. 参数:（无）

  2. 异常 : 可能抛出 std::system_error ，其 std::error_condition 若线程无权限创建条件变量，则等于 std::errc::operation_not_permitted ，若非内存资源限制阻止此初始化，则等于 std::errc::resource_unavailable_try_again ，或其他实现定义值。

析构函数

~condition_variable(); //销毁 std::condition_variable 类型对象。

若已通知所有线程，调用析构函数才是安全的。不要求它们已退出其对应的等待函数：一些线程仍然可等待重获得关联锁，或在重获得后等待被调度到运行。

一旦析构函数开始，程序员就必须确保没有线程试图等待在 *this 上，特别是在等待线程在循环中调用等待函数，或使用接收谓词的等待函数的重载时。

通知函数

void notify_one() noexcept;
// 若任何线程在 *this 上等待，则调用 notify_one 会解阻塞等待线程之一。
void notify_all() noexcept;
// 解阻塞全部当前等待于 *this 的线程。

  1. 参数 （无）

  2. 返回值（无）

  3. 注意 :

  • 通知和等待是原子的 ？？

  • 通知线程不必保有等待线程所保有的同一互斥上的锁(在通知之前，必须解锁，且通知线程上锁时会使等待重新阻塞在解锁上)；

等待函数

wait()函数

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

template< class Predicate >
void wait( std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred );
//wait 导致当前线程阻塞直至条件变量被通知，或虚假唤醒发生，可选地循环直至满足某谓词。
  • 原子地解锁 lock ，阻塞当前执行线程，并将它添加到于 *this 上等待的线程列表。线程将在执行 notify_all() 或 notify_one() 时被解除阻塞。当有谓词条件时，解除阻塞时，如不满足谓词，则继续阻塞。

wait_for()函数

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

template< class Rep, class Period, class Predicate >
bool wait_for( std::unique_lock<std::mutex>& lock,
    const std::chrono::duration<Rep, Period>& rel_time,
                                    Predicate pred);
  1. 原子地释放 lock ，阻塞当前线程，并将它添加到等待在 *this 上的线程列表。线程将在执行 notify_all() 或 notify_one() 时，或度过相对时限 rel_time 时被解除阻塞。

wait_until()函数

template< class Clock, class Duration >
std::cv_status
    wait_until( std::unique_lock<std::mutex>& lock,
                const std::chrono::time_point<Clock, Duration>& timeout_time );

template< class Clock, class Duration, class Pred >
bool wait_until( std::unique_lock<std::mutex>& lock,
                 const std::chrono::time_point<Clock, Duration>& timeout_time,
                 Pred pred );
  1. 原子地释放 lock ，阻塞当前线程，并将它添加到等待在 *this 上的线程列表。将在执行 notify_all()/ notify_one() 时，或抵达绝对时间点 timeout_time 时解除阻塞线程。

参数

  • lock std::unique_lock<std::mutex> 类型对象，必须为当前线程所锁定
  • pred 等待是否应该持续则返回 false 的谓词。谓词函数的签名应等价于如下者：bool pred();
  • rel_time 表示等待所耗的最大时间的 std::chrono::duration 类型对象。注意 rel_time 必须足够小，以在加到 std::chrono::steady_clock::now() 时不溢出。(相对时间段)
  • timeout_time 表示停止等待时间的 std::chrono::time_point 类型对象(绝对时间点)

返回值

  1. wait_for(lock, rel_time) 若经过 rel_time 所指定的关联时限则为 std::cv_status::timeout ，否则为 std::cv_status::no_timeout 。
  2. wait_for(lock, rel_time, pred) 若经过 rel_time 时限后谓词 pred 仍求值为 false 则为 false ，否则为 true 。
  3. wait_until(lock, timeout_time) 若经过 timeout_time 所指定的关联时限则为 std::cv_status::timeout ，否则为 std::cv_status::no_timeout 。
  4. wait_until(lock, timeout_time, pred) 若度过 timeout_time 时限后 pred 仍求值为 false 则为 false ，否则为 true 。若已度过时限，则求值并返回 pred 的结果。

成员类型

native_handle_type 条件变量的类型

原生句柄函数

native_handle_type native_handle();

访问 *this 的原生句柄。此函数结果的含义和类型是实现定义的。 POSIX 系统上，这可以是 pthread_cond_t* 类型值。 Windows 系统上，这可以是 PCONDITION_VARIABLE 。

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