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力扣1116题：用C++实现多线程交替输出零、偶数、奇数

2个月前 (07-29)

一、题目解读

力扣1116题要求设计一个类，实现三个线程交替输出数字：一个线程输出连续的0，一个线程输出连续的偶数，另一个线程输出连续的奇数。输入参数n为总输出次数（每个线程各输出n次），输出需严格按照0-偶数-奇数的顺序循环，直至所有线程完成指定次数。题目核心在于多线程间的精确协作与同步控制。

二、解题思路

通过条件变量与互斥锁实现线程间的同步。关键在于设计状态变量next_type（标记下一个输出类型）与count（全局计数），结合cv.wait()的谓词条件判断线程唤醒时机。通过notify_all()确保所有等待线程重新检查条件，避免死锁或饥饿问题。

三、步骤解析

1. 初始化：构造函数中初始化n、count=1、zero_flag=true、next_type=0，确保首个输出为0。

2. zero线程：循环n次，每次等待next_type=0，输出0后更新next_type为后续类型（奇数或偶数），并通知其他线程。

3. even/odd线程：循环直至count > n或获取对应类型权限。通过谓词条件判断是否激活（如偶数线程等待next_type=2或结束条件），输出并更新状态，最后通知所有线程。

4. 同步逻辑：利用unique_lock自动管理锁，条件变量结合谓词避免虚假唤醒，notify_all()保证所有线程重新评估条件。

四、代码与注释

class ZeroEvenOdd {
private:
    int n;          // 总输出次数
    int count;      // 全局计数
    bool zero_flag; // 初始标记
    int next_type;  // 0: zero, 1: odd, 2: even
    std::mutex mtx; // 互斥锁
    std::condition_variable cv; // 条件变量

public:
    ZeroEvenOdd(int n) {
        this->n = n;       // 初始化参数
        count = 1;         // 从1开始计数
        zero_flag = true;  // 首个线程为0
        next_type = 0;     // 初始输出类型
    }

    void zero(function<void(int)> printNumber) {
        for (int i = 0; i < n; ++i) {  // 循环n次
            unique_lock<mutex> lock(mtx); // 加锁
            cv.wait(lock, [this]{ return next_type == 0; }); // 等待类型为0
            printNumber(0);              // 输出0
            next_type = (count % 2 == 1)? 1 : 2; // 根据count奇偶决定后续类型
            cv.notify_all();              // 唤醒所有线程
        }
    }

    void even(function<void(int)> printNumber) {
        while (true) {
            unique_lock<mutex> lock(mtx);
            cv.wait(lock, [this]{ 
                return next_type == 2 || count > n;  // 等待类型为2或结束条件
            });
            if (count > n) break;              // 结束循环
            printNumber(count++);               // 输出偶数并递增计数
            next_type = 0;                      // 重置类型
            cv.notify_all();
        }
    }

    void odd(function<void(int)> printNumber) {
        while (true) {
            unique_lock<mutex> lock(mtx);
            cv.wait(lock, [this]{ 
                return next_type == 1 || count > n;  
            });
            if (count > n) break;
            printNumber(count++);
            next_type = 0;
            cv.notify_all();
        }
    }
};