C++信号量详解（手把手教你实现多线程同步）

C++ 中如何使用信号量？

C++ 标准库在 C++20 之前并没有直接提供信号量支持，但我们可以借助 POSIX 信号量（Linux/macOS）或 Windows API（Windows）来实现。不过，从 C++20 开始，标准库引入了 <semaphore> 头文件，使得跨平台使用信号量变得更加简单。

C++20 信号量基本用法

下面是一个使用 C++20 std::counting_semaphore 的简单示例：

#include <iostream>#include <thread>#include <semaphore>#include <vector>std::counting_semaphore<10> sem(1); // 初始计数为1，最多10个void worker(int id) {    sem.acquire(); // 获取信号量（计数-1）    std::cout << "线程 " << id << " 正在访问临界区\n";    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));    std::cout << "线程 " << id << " 退出临界区\n";    sem.release(); // 释放信号量（计数+1）}int main() {    std::vector<std::thread> threads;    for (int i = 0; i < 5; ++i) {        threads.emplace_back(worker, i);    }    for (auto& t : threads) {        t.join();    }    return 0;}

在这个例子中，我们创建了一个初始值为1的计数信号量，这意味着同一时间只能有一个线程进入临界区（即打印语句之间的代码）。这实际上起到了互斥锁（mutex）的作用。

二值信号量 vs 计数信号量

• 二值信号量：计数器只能是0或1，功能类似于互斥锁，用于保护临界区。
• 计数信号量：计数器可以大于1，用于限制同时访问某资源的线程数量（例如连接池、缓冲区等）。

实际应用场景

信号量常用于以下场景：

• 生产者-消费者问题（控制缓冲区大小）
• 限制数据库连接池中的并发连接数
• 控制对有限硬件资源的访问（如打印机、GPU）

注意事项

• 确保每个 acquire() 都有对应的 release()，否则会导致死锁。
• C++20 的 std::counting_semaphore 是无所有权的，不像 mutex 那样必须由获取它的线程释放。
• 如果你使用的是 C++17 或更早版本，可以考虑使用 std::condition_variable + std::mutex 模拟信号量，或者使用平台特定的 API。

总结

通过本篇 信号量使用教程，你应该已经掌握了 C++ 中信号量的基本概念和使用方法。无论是在处理 多线程同步 问题，还是在构建高性能并发程序时，C++信号量 都是一个强大而灵活的工具。

记住：合理使用同步原语是编写安全、高效并发程序的关键。希望这篇关于 C++并发编程 的入门指南能为你打下坚实的基础！