C/C++信号量

一、信号量介绍

1.1 什么是信号量

信号量是一种特殊的变量，是操作系统层面的，可以被增加或减少。信号量用于保护一段资源，使其每次只能被有限的线程访问到。

1.2 信号量的原子性

对信号量的访问被保证是原子操作，不需要加锁。如果一个程序中有多个线程试图改变一个信号量的值，系统保证所有的操作都将依次进行。

1.3 信号量的使用

信号量通常和互斥锁配合使用，互斥锁用于保护共享资源，防止多个线程同时访问同一资源导致的竞争问题。而信号量则用于控制对共享资源的并发访问数量，以此实现某些同步机制

二、C语言使用

2.1 函数接口

功能：  初始化信号量
返回值：失败返回-1，成功返回0
入参：  pshared:为真表示为多个进程间共享，为0表示是当前进程的局部信号量value:  sem的初始值，信号量的大小
int sem_init(sem_t *psem, int pshared, unsigned int value);功能：  获取信号量
返回值：失败返回-1，成功返回0
入参：
int sem_wait(sem_t *sem);功能：  释放信号量
返回值：失败返回-1，成功返回0
入参：
int sem_post(sem_t *sem);功能：  销毁信号量
返回值：失败返回-1，成功返回0
入参：
int sem_destory(sem_t *sem);

如果不销毁信号量，则线程退出时可能会产生问题，如果你的程序创建了大量的信号量而没有及时销毁，可能会将操作系统的资源耗尽。

2.2 信号量代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>sem_t semDownload;void func(void *arg)
{sem_wait(&semDownload);unsigned int *taskType = (unsigned int*)arg;printf("============== Downloading taskType %d ============== \n", *taskType);sleep(*taskType*2);printf("============== Finished taskType %d ============== \n", *taskType);sem_post(&semDownload);
}int main()
{if(sem_init(&semDownload, 0, 2) == -1){printf("sem_init error\n");return 0;}unsigned int taskTypeId;pthread_t a_thread, b_thread, c_thread;while (scanf("%d", &taskTypeId) != EOF){unsigned int para1,para2,para3;switch (taskTypeId){case 1:para1 = taskTypeId;pthread_create(&a_thread, NULL, (void*)func, (void*)&para1);break;case 2:para2 = taskTypeId;pthread_create(&b_thread, NULL, (void*)func, (void*)&para2);break;case 3:para3 = taskTypeId;pthread_create(&c_thread, NULL, (void*)func, (void*)&para3);break;default:printf("!!! error taskTypeId %d !!!\n", taskTypeId);break;}}sem_destroy(&semDownload);return 0;
}

三、C++20使用

C++20 标准引入了 std::counting_semaphore 和 std::binary_semaphore 类，分别用于实现计数信号量和二值信号量的功能。

3.1 函数接口

//计数信号量
std::counting_semaphore<size_t max_num> obj(size_t init_num);
obj.acquire();
obj.release();//二值信号量
std::binary_semaphore obj(size_t init_num);

这些信号量会在声明周期结束后自动销毁，无需显示调用

四、C++11模拟信号量

使用互斥锁和条件变量模拟