C++线程安全队列

在异步编程中，经常需要一个多线程安全的队列来作为线程间通讯的结构，但STL本身提供的std::queue并不是线程安全的，所以需要自己手动实现。

 #pragma once
 
 #include 
 #include 
 #include 
 
 template <typename T>
 class SafeQueue {
  public:
   using lock_type = std::unique_lock;
 
  public:
   SafeQueue() = default;
 
   ~SafeQueue() = default;
 
   template<typename IT>
   void push(IT &&item) {
     static_assert(std::is_same_vdecay_t>, "Item type is not convertible!!!");
     {
       lock_type lock{mutex_};
       queue_.emplace(std::forward(item));
     }
     cv_.notify_one();
   }
 
   auto pop() -> T {
     lock_type lock{mutex_};
     cv_.wait(lock, [&]() { return !queue_.empty(); });
     auto front = std::move(queue_.front());
     queue_.pop_front();
     return front;
   }
 
  private:
   std::queue queue_;
   std::mutex mutex_;
   std::condition_variable cv_;
 };

需要注意的点：

1. 利用模板类来实现，以适配不同的元素类型。

2. 典型的生产者-消费者模型，需要用到锁和条件变量，这里简单说明一下：

锁：

C++11中，在语言层面引入了同步机制，其中std::mutex和std::unique_lock都是这个时候引入的。在Linux平台，它们是对pthread_mutex_t pthread_mutex_lock的封装。

需要注意的是std::mutex不允许复制也不允许移动，std::unique_lock不允许复制，但允许移动。

条件变量：

和锁类似，条件变量用于控制两个线程的执行顺序，主要包括wait()和notify()两类接口（有各种形式，这里用的wait和notify_one是其中一组），wait是等待某一条件满足，如果满足则继续执行，否则会进入一个waitting队列，而notify是从队列中唤醒一个线程，去执行。

注意条件变量一定要配合锁使用，不能单独使用。

还有一个细节是，notify_one可以在解锁后调用。

3. 尾置返回类型

auto pop() -> T 和 T pop()在此处的作用相同，但另外一些情况则必须使用尾置类型返回，就是当返回类型是根据传入的参数决定的时候。

4. 通用引用

push的实现有点儿复杂，它没有直接使用类的模板类型，而是重新定义了一种类型，这么做是为了使用通用引用达到完美转发的目的。最终实现的效果是：如果被push的是一个左值，则调用起拷贝构造，如果被push的是一个右值，则调用其移动构造。

但这么写可能导致其类型与类的模板类型不一致，所以要对其做一个类型校验，这也是模板编程中常见到的，由于模板是一种强制类型匹配，没有了继承体系的限制，所以要程序员自己去判断。

如果觉得这么写太牵强，也可以利用函数重载，左值引用右值引用分开处理：

 
	void push(T &item) {
	  { 
	    lock_type lock{mutex_};
	    queue_.emplace(item);
	  }
	  cv_.notify_one();
	}
	
	void push(T &&item) {
	  { 
	    lock_type lock{mutex_};
	    queue_.emplace(std::move(item));
	  }
	  cv_.notify_one();
	}

这里可以再引入一个问题：为什么通用引用只能发生在类型推断时？

假如没有类型推断，我们可以使用通用引用吗？通用引用的语义是：在需要复制对象的时候，如果是对象是左值，调用拷贝构造，如果对象是右值，调用移动构造。这种如果是什么什么类型就怎么怎么样的语义，叫作多态。多态必须由特定的语法来实现。说白了，如果没有模板，我们直接用一种符号（比如&&&）来表示通用引用，那再编译这函数的时候，是按照左值编译还是按照右值编译？是调用拷贝构造函数调用移动构造？这是个无解的问题。所以这种多态语义要么自己用函数重载去挨个实现，要么利用模板推导来实现。所以通用引用必须和模板类型推导绑定。