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前言
前面四部分內容已經把目前常用的C++標准庫中線程庫的一些同步庫介紹完成了，這一次我們探討的都是C++20中的內容。主要有兩個部分，信號量和latch與barrier。
由於GCC使用的libstdc++還沒有完成這一部分特性，所以我們使用的是LLVM的libc++來進行實驗，鑒於gcc更換標准庫比較麻煩，所以我們使用的是clang編譯器。在編譯的時候添加選項-stdlib=libc++ -std=gnu++2a。
信號量
對於信號量，我使用的比較少，大部分的時候都是在准備面試的時候，能夠看到它的存在。其使用也非常的簡單，感覺和鎖的使用類似，都是限制更少了。他的作用是保證只有指定數目的執行體可以訪問特定的資源。對於信號兩，在C++中有兩個類分別是std::counting_semaphore和std::binary_semaphore，他們之間的區別比較小。簡單來說，std::counting_semaphore<1>就是等於std::binary_semaphore。
counting_semaphore
std::counting_semaphore是一個模板，目標有一個類型為std::ptrdiff_t（兩個指針的差值，不小於17位的整數），這個不是初始的值而是運行時的最大值。構造函數可以傳遞初始的信號值。
std::counting_semaphore<> sema(4);
使用的方法有兩個acquire()和release(ptrdiff_t update = 1)，從名字上也明白大致的使用方法。acquire()用於獲取一個資源，release()用於釋放資源，可以釋放多個，但是總數不能超過最大值。
運行的函數：
int thread_fun(int thread_id) {
sema.acquire();
printf("Thread Id %d Get.\n", thread_id);
std::this_thread::sleep_for(1s);
sema.release();
printf("Thread Id %d Release.\n", thread_id);
return 0;
}
初始化10個線程，可以得到類似於下圖的結果：
除了阻塞的acquire()之外，還有非阻塞的try_acquire與超時的try_acquire_for和try_acquire_for。
latch與barrier
std::latch與std::barrier的作用有點像起跑線，但是兩者也有一定的區別。
std::latch只能用一次，如果它的計數器已經到達0，不會復原，再有線程到達，將不會阻塞。而std::barrier在計數器到達0后會復原，可以重復使用。
在使用std::latch時，可以一次性減少多次計數器，而std::barrier只能減少一次。
std::barrier是一個模板，在構造的時候可以傳入一個函數類型，在計數器達到零時會執行實例化時傳入函數（執行減少計數器的線程）。
latch
std::latch的構造方法很簡單，即
constexpr explicit latch( std::ptrdiff_t expected );
expected即需要等待的數量。
使用的方法有四個，分別是
void count_down( std::ptrdiff_t n = 1 );
bool try_wait() const noexcept;
void wait() const;
void arrive_and_wait( std::ptrdiff_t n = 1 );
count_down是將計數器減少n但是不等待，如果n大於內部的計數器，則行為未定義；
try_wait測試是否需要等待；
wait等待計數器減到0；
arrive_and_wait等於先count_down后wait。
barrier
std::barrier是一個模板，在構造的時候可以傳入一個函數類型，在計數器達到零時會執行實例化時傳入函數。其構造函數為
constexpr explicit barrier( std::ptrdiff_t expected,
CompletionFunction f = CompletionFunction());
使用的方法也有四個，分別是：
arrival_token arrive( std::ptrdiff_t n = 1 );
void wait( arrival_token&& arrival ) const;
void arrive_and_wait();
void arrive_and_drop();
需要注意的是arrival_token類型，由於barrier可以使用多次，所以如果為了區分不同的阻塞，使用了arrival_token，同一批調用arrive將會得到相同的arrival_token。
在調用wait時，如果傳入的arrival不為當前的批次，則將直接返回。否則等待該批次的計數器降為0。
arrive_and_drop將會減少計數器並且減少之后復原的計數器。
總結
以上就是C++中的信號量，latch和barrier。使用起來比較簡單，但是比較奇怪的是，latch和barrier中大部分的方法名都是相似的，或者說是相同的命名邏輯，但是不阻塞的減少在latch中是count_down，而barrier中為arrive。雖然有可能因為latch中可以傳入減少的次數，然而類似的arrive_and_wait的命名卻相同。
在更換庫的時候，還發現了很多奇葩的地方。當時，我想使用Boost的timer庫來計時，timer庫分為兩個版本，一個是已經被棄用的header only庫，可以直接引用。另一個推薦使用的庫，需要鏈接動態庫。然而問題就在於此。原來的Boost使用的是libstdc++作為標准庫編譯的，而我更換了標准庫后，編譯階段是沒有問題的，但是在鏈接的時候，提示
undefined reference to `boost::timer::format(boost::timer::cpu_times const&, short, std::__1::basic_string<char, std::__1::char_traits<char>, std::__1::allocator<char> > const&)'
如果對於編譯比較熟悉的話，應該是知道這是在鏈接時找不到符號導致的錯誤，一般是沒有鏈接動態庫導致的錯誤。而比較奇怪的是，提示的只有這一個函數，如果是沒有鏈接相關的動態庫，應該是有更多的提示，而不是僅僅只有這一條。然后想到更換了標准庫，猜想應該是std::string在編譯時符號不一致導致的。
經過驗證的確如此。通過對以下文件分別使用不同的庫進行編譯。
#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <boost/timer/timer.hpp>
using namespace std::chrono_literals;
boost::timer::auto_cpu_timer timer;
int my_func(std::string data);
int main() {
my_func("test");
return 0;
}
得到的報錯分別是：
libc++
undefined reference to `my_func(std::__1::basic_string<char, std::__1::char_traits<char>, std::__1::allocator<char> >)'
而libstdc++
undefined reference to `my_func(std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >)'
可以看到差別，如果編譯成匯編文件，還可以看到更加詳細的差別。總之，不同的標准庫無法簡單的混編。也許Modules能解決這一問題吧。