利用C++实现生产者消费者图形化演示

时间: 2023-07-11 15:04:59 浏览: 117
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生产者消费者图形化演示

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生产者消费者问题是一个经典的并发编程问题,可以通过多线程来实现。下面是一个基于C++的生产者消费者图形化演示程序的简单实现: ``` #include <iostream> #include <queue> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> #include <chrono> #include <vector> #include <SFML/Graphics.hpp> const int WINDOW_WIDTH = 800; const int WINDOW_HEIGHT = 600; const int BUFFER_SIZE = 5; const int PRODUCER_NUM = 2; const int CONSUMER_NUM = 2; const int ITEM_SIZE = 20; const int ITEM_GAP = 10; const int ITEM_ROW_GAP = 50; const int ITEM_COL_GAP = 10; const int ITEM_START_X = 30; const int ITEM_START_Y = 100; struct Item { int id; sf::RectangleShape shape; Item(int id) : id(id) { shape.setSize(sf::Vector2f(ITEM_SIZE, ITEM_SIZE)); shape.setFillColor(sf::Color::Green); shape.setOutlineThickness(2); shape.setOutlineColor(sf::Color::Cyan); } void setPosition(int x, int y) { shape.setPosition(sf::Vector2f(x, y)); } }; std::queue<Item> buffer; std::mutex mutex; std::condition_variable not_full; std::condition_variable not_empty; bool done = false; void producer(int id) { while (!done) { std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex); not_full.wait(lock, []{ return buffer.size() < BUFFER_SIZE; }); Item item(buffer.size() + 1); item.setPosition(ITEM_START_X + (ITEM_SIZE + ITEM_GAP) * buffer.size(), ITEM_START_Y + ITEM_ROW_GAP * id + ITEM_COL_GAP * id); buffer.push(item); not_empty.notify_all(); lock.unlock(); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); } } void consumer(int id) { while (!done) { std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex); not_empty.wait(lock, []{ return !buffer.empty(); }); buffer.pop(); not_full.notify_all(); lock.unlock(); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000)); } } int main() { sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT), "Producer-Consumer Demo"); std::vector<std::thread> producers; std::vector<std::thread> consumers; for (int i = 0; i < PRODUCER_NUM; i++) { producers.emplace_back(producer, i); } for (int i = 0; i < CONSUMER_NUM; i++) { consumers.emplace_back(consumer, i); } while (window.isOpen()) { sf::Event event; while (window.pollEvent(event)) { if (event.type == sf::Event::Closed) { done = true; } } window.clear(sf::Color::White); std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex); for (auto& item : buffer) { window.draw(item.shape); } lock.unlock(); window.display(); } for (auto& producer : producers) { producer.join(); } for (auto& consumer : consumers) { consumer.join(); } return 0; } ``` 这个程序使用 SFML 库来实现图形化界面,其中 `Item` 结构体表示生产者生产的物品,包含一个 ID 和一个矩形形状。生产者线程在等待缓冲区不满时生产物品并将其加入缓冲区,然后通知消费者线程。消费者线程在等待缓冲区不空时从中取出一个物品并通知生产者线程。主线程循环绘制缓冲区中的物品,并在接收到关闭窗口事件时结束生产者消费者线程的运行。
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#include #include #include #include #include //定义一些常量; //本程序允许的最大临界区数; #define MAX_BUFFER_NUM 10 //秒到微秒的乘法因子; #define INTE_PER_SEC 1000 //本程序允许的生产和消费线程的总数; #define MAX_THREAD_NUM 64 //定义一个结构,记录在测试文件中指定的每一个线程的参数 struct ThreadInfo { int serial; //线程序列号 char entity; //是P还是C double delay; //线程延迟 int thread_request[MAX_THREAD_NUM]; //线程请求队列 int n_request; //请求个数 }; //全局变量的定义 //临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问; int Buffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM]; //缓冲区声明,用于存放产品; ThreadInfo Thread_Info[MAX_THREAD_NUM]; //线程信息数组; HANDLE h_Thread[MAX_THREAD_NUM]; //用于存储每个线程句柄的数组; HANDLE empty_semaphore; //一个信号量; HANDLE h_mutex; //一个互斥量; HANDLE h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]; //生产者允许消费者开始消费的信号量; CRITICAL_SECTION PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]; DWORD n_Thread = 0; //实际的线程的数目; DWORD n_Buffer_or_Critical; //实际的缓冲区或者临界区的数目; //生产消费及辅助函数的声明 void Produce(void *p); void Consume(void *p); bool IfInOtherRequest(int); int FindProducePositon(); int FindBufferPosition(int); int main(int argc, char **argv) { //声明所需变量; DWORD wait_for_all; ifstream inFile; if (argc!=2) { printf("Usage:%s \n",argv[0]); return 1; } //初始化缓冲区; for(int i=0;i< MAX_BUFFER_NUM;i++) Buffer_Critical[i] = -1; //初始化每个线程的请求队列; for(int j=0;j<MAX_THREAD_NUM;j++) { for(int k=0;k<MAX_THREAD_NUM;k++) Thread_Info[j].thread_request[k] = -1; Thread_Info[j].n_request = 0; } //初始化临界区; for(i =0;i> n_Buffer_or_Critical; inFile.get(); // 读取测试文件中的空格,将文件指针指向下一行; printf("输入文件是:\n"); //回显获得的缓冲区的数目信息; printf("%d \n",(int) n_Buffer_or_Critical); //提取每个线程的信息到相应数据结构中; while(inFile){ inFile >> Thread_Info[n_Thread].serial; inFile >> Thread_Info[n_Thread].entity; inFile >> Thread_Info[n_Thread].delay; char c; inFile.get(c); while(c!='\n'&& !inFile.eof()) { inFile>> Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++]; inFile.get(c); } n_Thread++; } //回显获得的线程信息,便于确认正确性; for(j=0;j<(int) n_Thread;j++) { int Temp_serial = Thread_Info[j].serial; char Temp_entity = Thread_Info[j].entity; double Temp_delay = Thread_Info[j].delay; printf(" \nthread%2d %c %f ",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay); int Temp_request = Thread_Info[j].n_request; for(int k=0;k<Temp_request;k++) printf(" %d ", Thread_Info[j].thread_request[k]); cout<<endl; } printf("\n\n"); //创建在模拟过程中几个必要的信号量 empty_semaphore = CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical, "semaphore_for_empty"); h_mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update"); //下面这个循环用线程的ID号来为相应生产线程的产品读写时所 //使用的同步信号量命名; for(j=0;j<(int)n_Thread;j++) { char lp[]="semaphore_for_produce_"; int temp =j; while(temp){ char c = (char)(temp%10); strcat(lp,&c); temp/=10; } h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp); } //创建生产者和消费者线程; for(i =0;i< (int) n_Thread;i++) { if(Thread_Info[i].entity =='P') h_Thread[i]= CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce), &(Thread_Info[i]),0,NULL); else h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume), &(Thread_Info[i]),0,NULL); } //主程序等待各个线程的动作结束; wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1); printf(" \n \nALL Producer and consumer have finished their work. \n"); printf("Press any key to quit!\n"); _getch(); return 0; } //确认是否还有对同一产品的消费请求未执行; bool IfInOtherRequest(int req) { for(int i=0;i<n_Thread;i++) for(int j=0;j<Thread_Info[i].n_request;j++) if(Thread_Info[i].thread_request[j] == req) return TRUE; return FALSE; } //找出当前可以进行产品生产的空缓冲区位置; int FindProducePosition() { int EmptyPosition; for (int i =0;i<n_Buffer_or_Critical;i++) if(Buffer_Critical[i] == -1) { EmptyPosition = i; //用下面这个特殊值表示本缓冲区正处于被写状态; Buffer_Critical[i] = -2; break; } return EmptyPosition; } //找出当前所需生产者生产的产品的位置; int FindBufferPosition(int ProPos) { int TempPos; for (int i =0 ;iserial; m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC); Sleep(m_delay); //开始请求生产 printf("Producer %2d sends the produce require.\n",m_serial); //互斥访问下一个可用于生产的空临界区,实现写写互斥; wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_mutex,-1); //确认有空缓冲区可供生产,同时将空位置数empty减1;用于生产者和消费者的同步; //若没有则一直等待,直到消费者进程释放资源为止; wait_for_semaphore = WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1); int ProducePos = FindProducePosition(); ReleaseMutex(h_mutex); //生产者在获得自己的空位置并做上标记后,以下的写操作在生产者之间可以并发; //核心生产步骤中,程序将生产者的ID作为产品编号放入,方便消费者识别; printf("Producer %2d begin to produce at position %2d.\n",m_serial,ProducePos); Buffer_Critical[ProducePos] = m_serial; printf("Producer %2d finish producing :\n ",m_serial); printf(" position[ %2d ]:%3d \n\n" ,ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]); //使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用,实现读写同步; ReleaseSemaphore(h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL); } //消费者进程 void Consume(void * p) { //局部变量声明; DWORD wait_for_semaphore,m_delay; int m_serial,m_requestNum; //消费者的序列号和请求的数目; int m_thread_request[MAX_THREAD_NUM]; //本消费线程的请求队列; //提取本线程的信息到本地; m_serial = ((ThreadInfo*)(p))->serial; m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC); m_requestNum = ((ThreadInfo *)(p))->n_request; for (int i = 0;ithread_request[i]; Sleep(m_delay); //循环进行所需产品的消费 for(i =0;ithread_request[i] =-1; if(!IfInOtherRequest(m_thread_request[i])) { Buffer_Critical[BufferPos] = -1; //-1标记缓冲区为空; printf("Consumer %2d finish consuming %2d:\n ",m_serial,m_thread_request[i]); printf(" position[ %2d ]:%3d \n\n" ,BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]); ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL); } else { printf("Consumer %2d finish consuming product %2d\n\n ",m_serial,m_thread_request[i]); } //离开临界区 LeaveCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]); } }

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