PV操作——生产者消费者问题C++代码

以下是使用C++中的线程库`<thread>`、互斥锁`std::mutex`和条件变量`std::condition_variable`实现生产者消费者问题的示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
#include <chrono>
#include <random>

using namespace std;

// 定义生产者和消费者线程所需的数据结构
struct Data {
    int id;
    // 其他数据...
};

// 缓冲区大小
const int BUFFER_SIZE = 5;

// 全局变量
queue<Data> buffer; // 共享缓冲区
mutex buffer_mutex; // 互斥锁，用于同步访问缓冲区
condition_variable full_cond, empty_cond; // 条件变量，用于同步线程

// 生产者线程
void producer(int items) {
    for (int i = 0; i < items; i++) {
        // 创建一个新的数据
        Data data{i};
        // 获取互斥锁
        unique_lock<mutex> lock{buffer_mutex};
        // 如果缓冲区已满，则等待
        while (buffer.size() == BUFFER_SIZE) {
            empty_cond.wait(lock);
        }
        // 将数据添加到缓冲区中
        buffer.push(data);
        cout << "生产者添加数据 " << data.id << endl;
        // 释放互斥锁
        lock.unlock();
        // 通知等待在full_cond条件变量上的线程
        full_cond.notify_one();
        // 随机等待一段时间
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(rand() % 1000));
    }
}

// 消费者线程
void consumer(int items) {
    for (int i = 0; i < items; i++) {
        // 获取互斥锁
        unique_lock<mutex> lock{buffer_mutex};
        // 如果缓冲区为空，则等待
        while (buffer.empty()) {
            full_cond.wait(lock);
        }
        // 从缓冲区中取出数据
        Data data = buffer.front();
        buffer.pop();
        cout << "消费者取出数据 " << data.id << endl;
        // 释放互斥锁
        lock.unlock();
        // 通知等待在empty_cond条件变量上的线程
        empty_cond.notify_one();
        // 随机等待一段时间
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(rand() % 1000));
    }
}

int main() {
    // 生产者和消费者要处理的数据量
    int items = 10;
    // 创建生产者和消费者线程
    thread producer_thread{producer, items};
    thread consumer_thread{consumer, items};
    // 等待线程结束
    producer_thread.join();
    consumer_thread.join();
    return 0;
}

在这个示例代码中，我们使用了C++中的线程库`<thread>`来创建生产者和消费者线程，并且使用了互斥锁`std::mutex`和条件变量`std::condition_variable`来实现PV操作。具体来说，我们使用互斥锁来保护共享缓冲区的访问，并且使用条件变量来同步线程的执行。在生产者线程中，我们首先获取互斥锁，并且在缓冲区已满的情况下等待，然后将数据添加到缓冲区中并通知等待在full_cond条件变量上的线程。在消费者线程中，我们首先获取互斥锁，并且在缓冲区为空的情况下等待，然后从缓冲区中取出数据并通知等待在empty_cond条件变量上的线程。通过这种方式，我们可以保证生产者和消费者线程之间的同步，并且避免了数据竞争和死锁等问题。