C++如何使用条件变量(condition_variable)_C++ 条件变量使用方法

尼克

发布时间：2025-10-01 11:09:02

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条件变量需与互斥锁配合使用，通过wait()在循环中检查条件防止虚假唤醒，notify_one()或notify_all()唤醒等待线程，如生产者-消费者模型中保护共享队列并通知状态变化。

c++如何使用条件变量(condition_variable)_c++ 条件变量使用方法

在C++多线程编程中，条件变量（std::condition_variable）是实现线程间同步的重要工具。它通常与互斥锁（std::mutex）配合使用，用于让一个或多个线程等待某个特定条件成立后再继续执行。

1. 条件变量的基本组成

使用 std::condition_variable 需要包含头文件，并配合以下组件：

std::condition_variable：条件变量对象，用于阻塞和唤醒线程。
std::mutex 和 std::unique_lock<:mutex>：保护共享数据，并在等待时临时释放锁。
wait()、notify_one()、notify_all()：核心操作函数。

2. 等待条件：wait() 的正确用法

调用 wait() 会阻塞当前线程，直到其他线程通过 notify_one() 或 notify_all() 唤醒它。注意：必须在循环中检查条件，防止虚假唤醒。

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

// 等待线程
std::unique_lock lock(mtx);
cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 循环检查 ready 是否为 true

上面的 lambda 表达式是谓词（predicate），wait() 内部会持续检查该条件，只有当条件满足时才真正返回。

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3. 唤醒线程：notify_one() 与 notify_all()

当某个线程改变了共享状态（如设置 ready = true），应通知等待中的线程：

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{
    std::lock_guard lock(mtx);
    ready = true;
}
cv.notify_one();   // 唤醒一个等待线程
// 或 cv.notify_all(); // 唤醒所有等待线程

注意：修改共享数据时需加锁，notify_* 可在解锁后调用，但建议确保数据可见性。

4. 完整示例：生产者-消费者模型

下面是一个典型的使用场景：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::queue data_queue;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool finished = false;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        std::lock_guard lock(mtx);
        data_queue.push(i);
        std::cout << "Produced: " << i << "\n";
    }
    {
        std::lock_guard lock(mtx);
        finished = true;
    }
    cv.notify_all(); // 通知所有消费者任务完成
}

void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        cv.wait(lock, [] { 
            return !data_queue.empty() || finished; 
        });

        if (!data_queue.empty()) {
            int value = data_queue.front();
            data_queue.pop();
            lock.unlock(); // 提前解锁，避免影响其他操作
            std::cout << "Consumed: " << value << "\n";
        }

        if (data_queue.empty() && finished) break;
    }
}

主函数中启动线程即可看到输出：

int main() {
    std::thread p(producer);
    std::thread c1(consumer);
    std::thread c2(consumer);

    p.join();
    c1.join();
    c2.join();
    return 0;
}

基本上就这些。关键是理解：条件变量不保存状态，只负责“通知”，实际条件判断依赖共享变量和谓词检查。用好 wait() + 谓词 + notify 组合，就能安全实现线程同步。

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