抄自维基百科 :
生产者消费者问题(英语:Producer-consumer problem),也称有限缓冲问题(英语:Bounded-buffer problem),是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了共享固定大小缓冲区的两个线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中,然后重复此过程。与此同时,消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据,消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
要解决该问题,就必须让生产者在缓冲区满时休眠(要么干脆就放弃数据),等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候,生产者才能被唤醒,开始往缓冲区添加数据。同样,也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠,等到生产者往缓冲区添加数据之后,再唤醒消费者。
本文用一个ItemRepository类表示产品仓库,其中包含一个数组和两个坐标表示的环形队列、一个std::mutex成员、用来保证每次只被一个线程读写操作 (为了保证打印出来的消息是一行一行的,在它空闲的时候也借用的这个互斥量╮(╯▽╰)╭)、两个std::condition_variable表示队列不满和不空的状态,进而保证生产的时候不满,消耗的时候不空。
#pragma once #include <chrono>//std::chrono #include <mutex>//std::mutex,std::unique_lock,std::lock_guard #include <thread>//std::thread #include <condition_variable>//std::condition_variable #include <iostream>//std::cout,std::endl #include <map>//std::map namespace MyProducerToConsumer { static const int gRepositorySize = 10;//total size of the repository static const int gItemNum = 97;//number of products to produce std::mutex produce_mtx, consume_mtx;//mutex for all the producer thread or consumer thread std::map<std::thread::id, int> threadPerformance;//records of every thread's producing/consuming number struct ItemRepository {//repository class int m_ItemBuffer[gRepositorySize];//Repository itself (as a circular queue) int m_ProducePos;//rear position of circular queue int m_ConsumePos;//head position of circular queue std::mutex m_mtx;//mutex for operating the repository std::condition_variable m_RepoUnfull;//indicating that this repository is unfull(then producers can produce items) std::condition_variable m_RepoUnempty;//indicating that this repository is unempty(then consumers can produce items) }gItemRepo; void ProduceItem(ItemRepository *ir, int item) { std::unique_lock <std::mutex>ulk(ir->m_mtx); while ((ir->m_ProducePos + 1) % gRepositorySize == ir->m_ConsumePos) {//full(spare one slot for indicating) std::cout << "Reposity is full. Waiting for consumers..." << std::endl; ir->m_RepoUnfull.wait(ulk);//unlocking ulk and waiting for unfull condition } //when unfull ir->m_ItemBuffer[ir->m_ProducePos++] = item;//procude and shift std::cout << "Item No." << item << " produced successfully by " <<std::this_thread::get_id()<<"!" << std::endl; threadPerformance[std::this_thread::get_id()]++; if (ir->m_ProducePos == gRepositorySize)//loop ir->m_ProducePos = 0; ir->m_RepoUnempty.notify_all();//item produced, so it's unempty; notify all consumers } int ConsumeItem(ItemRepository *ir) { std::unique_lock<std::mutex>ulk(ir->m_mtx); while (ir->m_ConsumePos == ir->m_ProducePos) {//empty std::cout << "Repository is empty.Waiting for producing..." << std::endl; ir->m_RepoUnempty.wait(ulk); } int item = ir->m_ItemBuffer[ir->m_ConsumePos++]; std::cout << "Item No." << item << " consumed successfully by " <<std::this_thread::get_id()<<"!" << std::endl; threadPerformance[std::this_thread::get_id()]++; if (ir->m_ConsumePos == gRepositorySize) ir->m_ConsumePos = 0; ir->m_RepoUnfull.notify_all();//item consumed, so it's unempty; notify all consumers return item; } void ProducerThread() { static int produced = 0;//static variable to indicate the number of produced items while (1) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));//sleep long enough in case it runs too fast for other threads to procude std::lock_guard<std::mutex>lck(produce_mtx);//auto unlock when break produced++; if (produced > gItemNum)break; gItemRepo.m_mtx.lock(); std::cout << "Producing item No." << produced << "..." << std::endl; gItemRepo.m_mtx.unlock(); ProduceItem(&gItemRepo, produced); } gItemRepo.m_mtx.lock(); std::cout << "Producer thread " << std::this_thread::get_id() << " exited." << std::endl; gItemRepo.m_mtx.unlock(); } void ConsumerThread() { static int consumed = 0; while (1) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10)); std::lock_guard<std::mutex>lck(consume_mtx); consumed++; if (consumed > gItemNum)break; gItemRepo.m_mtx.lock(); std::cout << "Consuming item available..." << std::endl; gItemRepo.m_mtx.unlock(); ConsumeItem(&gItemRepo); } gItemRepo.m_mtx.lock(); std::cout << "Consumer thread " << std::this_thread::get_id() << " exited." << std::endl; gItemRepo.m_mtx.unlock(); } void InitItemRepository(ItemRepository* ir) { ir->m_ConsumePos = 0; ir->m_ProducePos = 0; } void Run() { InitItemRepository(&gItemRepo); std::thread thdConsume[11]; std::thread thdProduce[11]; for (auto& t : thdConsume)t = std::thread(ConsumerThread); for (auto& t : thdProduce)t = std::thread(ProducerThread); for (auto& t : thdConsume)t.join(); for (auto& t : thdProduce)t.join(); for (auto& iter : threadPerformance)cout << iter.first << ":" << iter.second << endl; } }
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char 数组在 C 语言中存储字符序列,声明为 char array_name[size]。访问元素通过下标运算符,元素以空终止符 '\0' 结尾,用于表示字符串终点。C 语言提供多种字符串操作函数,如 strlen()、strcpy()、strcat() 和 strcmp()。

在 C 语言中,char 类型在字符串中用于:1. 存储单个字符;2. 使用数组表示字符串并以 null 终止符结束;3. 通过字符串操作函数进行操作;4. 从键盘读取或输出字符串。

C语言中通过转义序列处理特殊字符,如:\n表示换行符。\t表示制表符。使用转义序列或字符常量表示特殊字符,如char c = '\n'。注意,反斜杠需要转义两次。不同平台和编译器可能有不同的转义序列,请查阅文档。

C 语言中符号的使用方法涵盖算术、赋值、条件、逻辑、位运算符等。算术运算符用于基本数学运算,赋值运算符用于赋值和加减乘除赋值,条件运算符用于根据条件执行不同操作,逻辑运算符用于逻辑操作,位运算符用于位级操作,特殊常量用于表示空指针、文件结束标记和非数字值。

多线程和异步的区别在于,多线程同时执行多个线程,而异步在不阻塞当前线程的情况下执行操作。多线程用于计算密集型任务,而异步用于用户交互操作。多线程的优势是提高计算性能,异步的优势是不阻塞 UI 线程。选择多线程还是异步取决于任务性质:计算密集型任务使用多线程,与外部资源交互且需要保持 UI 响应的任务使用异步。

在 C 语言中,char 类型转换可以通过:强制类型转换:使用强制类型转换符将一种类型的数据直接转换为另一种类型。自动类型转换:当一种类型的数据可以容纳另一种类型的值时,编译器自动进行转换。

C语言中没有内置求和函数,需自行编写。可通过遍历数组并累加元素实现求和:循环版本:使用for循环和数组长度计算求和。指针版本:使用指针指向数组元素,通过自增指针遍历高效求和。动态分配数组版本:动态分配数组并自行管理内存,确保释放已分配内存以防止内存泄漏。

避免 C 语言 switch 语句中 default 引发的错误的策略:使用枚举代替常量,限制 case 语句的值为枚举的有效成员。在最后一个 case 语句中使用 fallthrough,让程序继续执行以下代码。对于没有 fallthrough 的 switch 语句,始终添加一个 default 语句进行错误处理或提供默认行为。


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