C++条件变量怎样避免忙等待

在C++中，条件变量是一种同步机制，用于在多线程环境中实现线程间的等待和通知。为了避免忙等待（busy waiting），即线程在等待某个条件成立时不断检查该条件，而不是进入睡眠状态，可以使用以下方法：

1. 使用std::unique_lock和std::condition_variable：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

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

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready) { // 如果ready为false, 则忙等待
        cv.wait(lck); // 当前线程被阻塞，当全局变量ready变为true时，线程被唤醒
    }
    std::cout << "thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 让线程sleep一段时间
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true; // 修改全局变量
    cv.notify_all(); // 唤醒所有线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    go(); // go!

    for (auto &th : threads) th.join();

    return 0;
}

在这个例子中，我们使用了一个循环来检查条件是否满足，而不是单次检查。这样，如果条件不满足，线程会进入睡眠状态，而不是忙等待。当条件满足时，线程会被唤醒并继续执行。

2. 使用std::future和std::async：

#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
#include <chrono>

int calculate() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 模拟耗时任务
    return 42;
}

int main() {
    std::future<int> result = std::async(calculate);

    // 在此期间，主线程可以执行其他任务，而不是忙等待

    int value = result.get(); // 获取计算结果
    std::cout << "Result is " << value << '\n';

    return 0;
}

在这个例子中，我们使用了std::async来异步执行一个耗时任务。std::future对象可以用来获取任务的结果。这样，主线程不需要忙等待，而是可以在等待结果的同时执行其他任务。