C++20新特性的小细节，你掌握了吗？

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之前我整理过一篇C++20新特性的文章全网首发!!C++20新特性全在这一张图里了，里面提到过latch、barrier和semaphore，但是没有详细介绍过三者的作用和区别，这里详细介绍下。

latch

这个可能大多数人都有所了解，这就是我们经常会用到的CountDownLatch。用于使一个线程先阻塞，等待其他线程完成各自的工作后再继续执行。

CountDownLatch是通过计数器实现，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后等待的线程就可以打断阻塞去继续执行任务。

自己之前实现过一个CountDownLatch，源码大概这样：

CountDownLatch::CountDownLatch(int32_t count) : count_(count) {} 
 
void CountDownLatch::CountDown() { 
    std::unique_lock lock(mutex_); 
    --count_; 
    if (count_ == 0) { 
        cv_.notify_all(); 
    } 
} 
 
void CountDownLatch::Await(int32_t time_ms) { 
    std::unique_lock lock(mutex_); 
    while (count_ > 0) { 
        if (time_ms > 0) { 
            cv_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(time_ms)); 
        } else { 
            cv_.wait(lock); 
        } 
    } 
} 
 
int32_t CountDownLatch::GetCount() const { 
    std::unique_lock lock(mutex_); 
    return count_; 
} 

barrier

许多线程在阻塞点阻塞，当到达阻塞点的线程达到一定数量时，会执行完成的回调，然后解除所有相关线程的阻塞，然后重置线程计数器，继续开始下一阶段的阻塞。

假设有很多线程并发执行，并在一个循环中执行一些计算。进一步假设一旦这些计算完成，需要在线程开始其循环的新迭代之前对结果进行一些处理。

看以下示例代码(摘自cppreference)：

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
  
int main() { 
  const auto workers = { "anil", "busara", "carl" }; 
  
  auto on_completion = []() noexcept {  
    // locking not needed here 
    static auto phase = "... done\n" "Cleaning up...\n"; 
    std::cout << phase; 
    phase = "... done\n"; 
  }; 
  std::barrier sync_point(std::ssize(workers), on_completion); 
  
  auto work = [&](std::string name) { 
    std::string product = "  " + name + " worked\n"; 
    std::cout << product;  // ok, op<< call is atomic 
    sync_point.arrive_and_wait(); 
  
    product = "  " + name + " cleaned\n"; 
    std::cout << product; 
    sync_point.arrive_and_wait(); 
  }; 
  
  std::cout << "Starting...\n"; 
  std::vector threads; 
  for (auto const& worker : workers) { 
    threads.emplace_back(work, worker); 
  } 
  for (auto& thread : threads) { 
    thread.join(); 
  } 
} 

可能的输出如下：

Starting... 
  anil worked 
  carl worked 
  busara worked 
... done 
Cleaning up... 
  busara cleaned 
  carl cleaned 
  anil cleaned 
... done 

semaphore

信号量，这个估计大家都很熟悉，本质也是个计数器，主要有两个方法：

acquire()：递减计数器，当计数器为零时阻塞，直到计数器再次递增。

release()：递增计数器(可传递具体数字)，并解除在acquire调用中的线程的阻塞。

示例代码如下：

#include  
#include  
#include  
#include  
 
std::binary_semaphore 
  smphSignalMainToThread(0), 
  smphSignalThreadToMain(0); 
  
void ThreadProc() {   
  smphSignalMainToThread.acquire(); 
  std::cout << "[thread] Got the signal\n"; // response message 
  using namespace std::literals; 
  std::this_thread::sleep_for(3s); 
  
  std::cout << "[thread] Send the signal\n"; // message 
  smphSignalThreadToMain.release(); 
} 
  
int main() { 
  std::thread thrWorker(ThreadProc); 
  std::cout << "[main] Send the signal\n"; // message 
  
  smphSignalMainToThread.release(); 
  
  smphSignalThreadToMain.acquire(); 
  
  std::cout << "[main] Got the signal\n"; // response message 
  thrWorker.join(); 
} 
输出如下： 
[main] Send the signal 
[thread] Got the signal 
[thread] Send the signal 
[main] Got the signal 

信号量也可以当作条件变量使用，这个我估计大家应该知道怎么做。

 

打完收工。