C++20引入了std::counting_semaphore和std::binary_semaphore，推荐用于线程同步；早期版本可通过POSIX信号量（Linux）或互斥锁与条件变量模拟实现，适用于资源访问控制、生产者-消费者模型等场景。
在C++中，信号量（Semaphore）是一种常用的同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问。C++11标准库本身没有直接提供信号量，但从C++20开始，头文件引入了 std::counting_semaphore 和简化的 std::binary_semaphore。对于早期版本的C++，可以使用POSIX信号量或通过互斥锁和条件变量模拟。
一、C++20中的信号量（推荐方式）
如果你使用的是支持C++20的编译器（如GCC 11+、Clang 14+），可以直接使用标准库提供的信号量类型。
示例代码：
创建一个计数信号量，初始值为1（类似二进制信号量）：
#include #include #include #include std::counting_semaphore sem(1); // 最大允许5个，初始1个std::vector data;void worker(int id) { sem.acquire(); // 等待获取信号量 std::cout << "线程 " << id << " 进入临界区n"; // 模拟操作共享资源 data.push_back(id); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); std::cout << "线程 " << id << " 离开临界区n"; sem.release(); // 释放信号量}int main() { std::vector threads; for (int i = 1; i <= 3; ++i) { threads.emplace_back(worker, i); } for (auto& t : threads) { t.join(); } return 0;}
关键方法：
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acquire()：减少信号量计数，如果为0则阻塞。try_acquire()：尝试获取，不阻塞，失败返回false。release()：增加信号量计数，唤醒等待线程。
二、使用POSIX信号量（跨平台性较差）
在Linux系统中，可以使用POSIX信号量 sem_t，需包含 。
示例代码：
#include #include #include sem_t posix_sem;void task(int id) { sem_wait(&posix_sem); // P操作 std::cout << "线程 " << id << " 正在工作...n"; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); std::cout << "线程 " << id << " 完成。n"; sem_post(&posix_sem); // V操作}int main() { sem_init(&posix_sem, 0, 1); // 初始化，非共享，初值1 std::thread t1(task, 1); std::thread t2(task, 2); t1.join(); t2.join(); sem_destroy(&posix_sem); return 0;}
注意：Windows不原生支持 sem_t，移植性差。
三、用互斥锁和条件变量模拟信号量（C++11兼容）
适用于不支持C++20的环境，手动实现一个简单的信号量类。
自定义信号量类：
#include #include class semaphore {private: std::mutex mtx; std::condition_variable cv; int count;public: semaphore(int c = 0) : count(c) {} void acquire() { std::unique_lock lock(mtx); while (count == 0) { cv.wait(lock); } --count; } void release() { std::unique_lock lock(mtx); ++count; cv.notify_one(); }};
使用方式与C++20信号量类似，可替换 std::counting_semaphore。
四、应用场景说明
信号量适合以下场景：
限制同时访问某资源的线程数量（如数据库连接池）。实现生产者-消费者模型中的缓冲区控制。替代互斥锁实现更灵活的并发控制（如允许多个读线程）。
例如，在生产者-消费者中，可用两个信号量分别表示空位和数据项数量。
基本上就这些。根据你的编译器版本选择合适的方式。C++20最简洁，旧版本可用模拟实现。
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