C++中Semaphore内核对象用法实例

什么是Semaphore对象

Semaphore是一种同步内核对象，用于实现线程或进程之间的同步与互斥。它可以用来限制同时进行某项操作的线程或进程的数量。可以把Semaphore视为一个许可证表。在多任务操作系统中，如果操作系统中有多个线程或进程需要访问共享资源，那么当这些线程或进程数目超过一定限制时，就会发生资源竞争的情况，为了避免这种情况的发生，可以使用Semaphore对象进行同步控制和协调。

Semaphore对象具有两个标准操作：
- Wait()：如果许可证表中没有许可证可用，则线程或进程被挂起并等待可用的许可证。否则，从许可证表中取出一个许可证，并继续执行。
- Signal()：向许可证表中添加一个许可证，如果有被挂起的线程或进程在等待许可证，那么它们中的一个将被唤醒并收到许可证，否则，许可证将保留在许可证表中，等待下一次被取用。

Semaphore对象通常初始化为一个大于或等于零的整数，表示初始时许可证表中可用的许可证数量。如果Semaphore对象的计数器为0，则所有的Wait操作都会被阻塞，直到调用Signal操作为止。

Semaphore对象的使用方法

Semaphore对象通常包括以下步骤：
1. 创建Semaphore对象：使用CreateSemaphore函数创建一个Semaphore对象，指定其初始计数器、最大计数器、名称等参数。
2. Wait操作：使用WaitForSingleObject或WaitForMultipleObjects函数进行等待操作。
3. Signal操作：使用ReleaseSemaphore函数对Semaphore对象进行信号操作。
4. 关闭Semaphore对象：使用CloseHandle函数关闭Semaphore对象。

下面的示例展示了Semaphore对象的使用方法：

示例一

#include <Windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    HANDLE hSemaphore;
    DWORD dwWaitResult;

    // 创建Semaphore对象
    hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, "MySemaphore");

    if (hSemaphore == NULL) {
        cout << "CreateSemaphore error: " << GetLastError() << endl;
        return 1;
    }

    // Wait操作
    dwWaitResult = WaitForSingleObject(hSemaphore, 5000);

    switch (dwWaitResult) {
        case WAIT_OBJECT_0:
            // 获取Semaphore对象成功
            cout << "获取Semaphore对象成功" << endl;
            break;
        case WAIT_TIMEOUT:
            // 超时
            cout << "等待获取Semaphore对象超时" << endl;
            break;
        default:
            // 错误
            cout << "WaitForSingleObject error: " << GetLastError() << endl;
            return 1;
    }

    // Signal操作
    if (!ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL)) {
        cout << "ReleaseSemaphore error: " << GetLastError() << endl;
        return 1;
    }

    // 关闭Semaphore对象
    CloseHandle(hSemaphore);

    return 0;
}

代码中，使用CreateSemaphore函数创建了一个名为"MySemaphore"的Semaphore对象，其初始计数器和最大计数器都为1。使用WaitForSingleObject函数等待Semaphore对象，等待的时间为5秒，如果等待到了可用的许可证，则输出"获取Semaphore对象成功"，调用ReleaseSemaphore函数对Semaphore对象进行Signal操作，并最后关闭Semaphore对象。

示例二

#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

using namespace std;

HANDLE hSemaphore;
const int nThreadCount = 3;
vector<thread> vecThreads;

void ThreadProc(int nIndex) {
    DWORD dwWaitResult;

    dwWaitResult = WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);

    switch (dwWaitResult) {
        case WAIT_OBJECT_0:
            // 获取Semaphore对象成功
            cout << "线程[" << nIndex << "]获取Semaphore对象成功" << endl;
            Sleep(2000);
            break;
        default:
            // 错误
            cout << "WaitForSingleObject error: " << GetLastError() << endl;
    }

    ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);

    return;
}

int main() {
    int i;

    // 创建Semaphore对象
    hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, "MySemaphore");

    if (hSemaphore == NULL) {
        cout << "CreateSemaphore error: " << GetLastError() << endl;
        return 1;
    }

    // 创建线程
    for (i = 0; i < nThreadCount; i++) {
        vecThreads.emplace_back(ThreadProc, i);
    }

    // 等待线程执行完成
    for (auto& thread: vecThreads) {
        thread.join();
    }

    // 关闭Semaphore对象
    CloseHandle(hSemaphore);

    return 0;
}

代码中，使用CreateSemaphore函数创建了一个名为"MySemaphore"的Semaphore对象，其初始计数器和最大计数器都为2。使用CreateThread函数创建了3个线程，线程函数为ThreadProc，该函数等待Semaphore对象，等待时间为无限，如果等待到了可用的许可证，则输出"线程[i]获取Semaphore对象成功"，延迟2秒，并调用ReleaseSemaphore函数对Semaphore对象进行Signal操作。最后关闭Semaphore对象。

以上两个示例展示了常规的Semaphore对象使用方法，通过Semaphore对象可以实现线程同步控制和协调等功能，在实际的应用开发中，Semaphore对象的应用非常广泛。