c++ - C/C++ - sem_t 类型的单个信号量按顺序打印数字

Question

问题:假设我们有 n 个线程，每个线程接收一个介于 1 和 n 之间的随机唯一数字。我们希望线程按排序顺序打印数字。

简单的解决方案(使用 n 个信号量/互斥量): 我们可以使用 n 个互斥锁(或类似的信号量)，其中线程 i 等待获取第 i 个互斥锁并解锁第 i + 1 个。另外，线程 1 没有等待。

但是，我想知道是否可以使用单个信号量(类型为 sem_t)来模拟类似的逻辑来实现以下逻辑:(i 是 1 到 n 之间的一个数字)

Thread with number i as input, waits to acquire a count of (i-1) on the semaphore, and after printing, releases a count of i. Needless to say, thread one does not wait.

我知道与 Java 不同，sem_t 不支持信号量值的任意增加/减少。此外，编写一个 for 循环来执行 (i-1) wait 和 i release 将因为异步而无法工作。

我一直在寻找答案，但找不到任何答案。这在普通 C 中可能吗？如果不是，是否可以在 C++ 中仅使用一个变量或信号量？总的来说，使用一个信号量执行此操作的最不浪费的方法是什么。

请随时编辑问题，因为我是多线程编程的新手。

Answer 1

您可以使用 C++ 中的 condition_variable 来执行此操作，它相当于 pthread_cond_t使用 C 中的 pthreads 库。

您想要在线程之间共享的是指向条件变量、数字和保护对数字的访问的互斥量的指针。

struct GlobalData
{
    std::condition_variable cv;
    int currentValue;
    std::mutex mut;
};

每个线程简单地调用一个等待其编号被设置的函数:

void WaitForMyNumber(std::shared_ptr<GlobalData> gd, int number)
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(gd->mut);
    while (gd->currentValue != number)
    {
        gd->cv.wait(lock);
    }

    std::cout << number << std::endl;
    gd->currentValue++;
    gd->cv.notify_all(); // notify all other threads that it can wake up and check
}

然后是一个程序来测试它。这个使用 10 个线程。您可以修改它以使用更多，然后拥有您自己的数字列表随机化算法。

int main()
{
    int numbers[10] = { 9, 1, 0, 7, 5, 3, 2, 8, 6, 4 };
    std::shared_ptr<GlobalData> gd = std::make_shared<GlobalData>();
    // gd->number is initialized to 0.

    std::thread threads[10];

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        int num = numbers[i];
        auto fn = [gd, num] {WaitForMyNumber(gd, num); };
        threads[i] = std::move(std::thread(fn));
    }

    // wait for all the threads to finish
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        threads[i].join();
    }

    return 0;
}

以上都是用C++写的。但是很容易使用 pthreads 将上述解决方案转换为 C。 .但我会将其留作 OP 的练习。

我不确定这是否满足您的“一个信号量要求”。互斥量在技术上有一个信号量。不确定 condition_variable 本身是否有用于其实现的信号量。