面试题：C++ 堆栈在多线程环境下的安全实现

同步机制

在多线程环境中保证C++ 实现的堆栈的线程安全性，可以使用以下常见同步机制：

互斥锁（Mutex）：std::mutex是C++标准库提供的互斥锁，通过锁定和解锁操作来保护共享资源（如堆栈），同一时间只有一个线程可以获得锁并访问堆栈。
读写锁（Read - Write Lock）：如果读操作远多于写操作，可以使用读写锁（如std::shared_mutex）。读操作可以同时进行，写操作则需要独占访问，以保证数据一致性。
条件变量（Condition Variable）：std::condition_variable结合互斥锁使用，用于线程间的同步。例如，当堆栈为空时，从堆栈弹出元素的线程可以等待条件变量，直到有元素被压入堆栈。

修改堆栈类以适应多线程环境

以下以使用std::mutex和std::condition_variable为例，给出关键代码片段及说明：

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

class ThreadSafeStack {
public:
    void push(int value) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        stack_.push(value);
        lock.unlock();
        cond_.notify_one(); // 通知等待的线程，堆栈有新元素
    }

    bool pop(int& value) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        // 等待直到堆栈不为空
        cond_.wait(lock, [this] { return!stack_.empty(); });
        if (stack_.empty()) {
            return false;
        }
        value = stack_.top();
        stack_.pop();
        return true;
    }

private:
    std::stack<int> stack_;
    std::mutex mutex_;
    std::condition_variable cond_;
};

代码说明：

成员变量：
- stack_是实际存储数据的堆栈。
- mutex_用于保护对stack_的访问。
- cond_用于线程间的同步，通知等待的线程堆栈状态的变化。
push函数：
- 使用std::unique_lock<std::mutex>来锁定mutex_，确保对stack_的push操作是线程安全的。
- 操作完成后解锁互斥锁，并调用cond_.notify_one()通知一个等待在条件变量上的线程（如果有），堆栈中有新元素。
pop函数：
- 使用std::unique_lock<std::mutex>锁定mutex_。
- 使用cond_.wait等待条件变量，直到stack_不为空。cond_.wait接受一个谓词（这里是[this] { return!stack_.empty(); }），只有当谓词为真时，wait才会返回。
- 检查stack_是否为空（防止虚假唤醒），如果不为空则弹出元素并返回true，否则返回false。

星途面试题库

面试题：C++ 堆栈在多线程环境下的安全实现

知识考点

面试题答案

同步机制

修改堆栈类以适应多线程环境