三重缓冲区c实现

三重缓冲区是一种常用的技术，用于解决生产者消费者问题中的数据同步和互斥问题。其基本思想是在生产者和消费者之间设置三个缓冲区，生产者往其中一个缓冲区写入数据，消费者从另一个缓冲区读取数据，而第三个缓冲区则用于同步二者之间的操作。

下面是一个简单的三重缓冲区的 C 语言实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 10

typedef struct {
    int data[BUFFER_SIZE];
    int next_in;
    int next_out;
    int num_full;
    int num_empty;
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t not_full;
    pthread_cond_t not_empty;
} triple_buffer_t;

void triple_buffer_init(triple_buffer_t *buffer) {
    buffer->next_in = 0;
    buffer->next_out = 0;
    buffer->num_full = 0;
    buffer->num_empty = BUFFER_SIZE;
    pthread_mutex_init(&buffer->mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&buffer->not_full, NULL);
    pthread_cond_init(&buffer->not_empty, NULL);
}

void triple_buffer_put(triple_buffer_t *buffer, int value) {
    pthread_mutex_lock(&buffer->mutex);
    while (buffer->num_empty == 0) {
        pthread_cond_wait(&buffer->not_full, &buffer->mutex);
    }
    buffer->data[buffer->next_in] = value;
    buffer->next_in = (buffer->next_in + 1) % BUFFER_SIZE;
    buffer->num_full++;
    buffer->num_empty--;
    pthread_cond_signal(&buffer->not_empty);
    pthread_mutex_unlock(&buffer->mutex);
}

int triple_buffer_get(triple_buffer_t *buffer) {
    int value;
    pthread_mutex_lock(&buffer->mutex);
    while (buffer->num_full == 0) {
        pthread_cond_wait(&buffer->not_empty, &buffer->mutex);
    }
    value = buffer->data[buffer->next_out];
    buffer->next_out = (buffer->next_out + 1) % BUFFER_SIZE;
    buffer->num_full--;
    buffer->num_empty++;
    pthread_cond_signal(&buffer->not_full);
    pthread_mutex_unlock(&buffer->mutex);
    return value;
}

void *producer(void *arg) {
    triple_buffer_t *buffer = (triple_buffer_t *)arg;
    int i;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        triple_buffer_put(buffer, i);
    }
    return NULL;
}

void *consumer(void *arg) {
    triple_buffer_t *buffer = (triple_buffer_t *)arg;
    int i, value;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        value = triple_buffer_get(buffer);
        printf("%d\n", value);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t prod_tid, cons_tid;
    triple_buffer_t buffer;
    triple_buffer_init(&buffer);
    pthread_create(&prod_tid, NULL, producer, &buffer);
    pthread_create(&cons_tid, NULL, consumer, &buffer);
    pthread_join(prod_tid, NULL);
    pthread_join(cons_tid, NULL);
    return 0;
}

这里定义了一个 `triple_buffer_t` 结构体，它包含了三个缓冲区的数据和一些相关的控制信息，如下一个写入位置、下一个读取位置、当前已满的缓冲区数量、当前为空的缓冲区数量等。在 `triple_buffer_init` 函数中对这些控制信息进行初始化。

`triple_buffer_put` 函数用于往缓冲区中写入数据。它首先获得互斥锁，然后判断是否有空的缓冲区可用，如果没有则等待条件变量 `not_full` 的信号。如果有空的缓冲区，则将数据写入到下一个可用的缓冲区，并更新相应的控制信息。最后发送条件变量 `not_empty` 的信号，通知消费者缓冲区中有数据可用，并释放互斥锁。

`triple_buffer_get` 函数用于从缓冲区中读取数据。它也首先获得互斥锁，然后判断是否有已满的缓冲区可用，如果没有则等待条件变量 `not_empty` 的信号。如果有已满的缓冲区，则从下一个可用的缓冲区中读取数据，并更新相应的控制信息。最后发送条件变量 `not_full` 的信号，通知生产者缓冲区中有空间可用，并释放互斥锁。

在 `main` 函数中创建了一个生产者线程和一个消费者线程，并启动它们。生产者线程不断往缓冲区中写入数据，直到写入了 100 个整数。消费者线程则不断从缓冲区中读取数据，并将其输出到标准输出流中。最后在主线程中等待两个子线程的结束。