C++进程间通信详解

在大型软件系统中，进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是必不可少的。C++作为一门高效的编程语言，提供了多种方式来实现IPC。本文将从不同的角度来介绍C++的IPC，并给出完整的代码示例。

一、共享内存

共享内存是一种高效的进程间通信方式。多个进程可以访问同一块内存区域，从而实现数据的共享。在C++中，可以使用shmget函数创建共享内存区域，使用shmat函数将共享内存关联到进程的地址空间，使用shmdt函数将共享内存从进程的地址空间中分离，使用shmctl函数进行共享内存的操作，比如删除共享内存。

// 创建共享内存
int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 1024, IPC_CREAT|0666);
// 将共享内存关联到进程的地址空间
char* shm = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
// 向共享内存中写入数据
sprintf(shm, "hello world");
// 从共享内存中读取数据
std::cout << shm << std::endl;
// 将共享内存从进程的地址空间中分离
shmdt(shm);
// 删除共享内存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

二、消息队列

消息队列是一种异步的进程间通信方式。它由内核维护一个消息队列，在队列中存储需要传递的消息。在C++中，可以使用msgget函数创建消息队列，使用msgsnd函数向消息队列中发送消息，使用msgrcv函数从消息队列中读取消息，使用msgctl函数进行消息队列的操作，比如删除消息队列。

struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[1024];
};
// 创建消息队列
int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, IPC_CREAT|0666);
msgbuf msg;
msg.mtype = 1;
strcpy(msg.mtext, "hello world");
// 向消息队列中发送消息
msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext), 0);
// 从消息队列中读取消息
msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 1, 0);
std::cout << msg.mtext << std::endl;
// 删除消息队列
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

三、管道

管道是一种进程间单向通信方式。在C++中，可以使用pipe函数创建管道，并使用read和write函数进行读写操作。

int pfd[2];
// 创建管道
pipe(pfd);
char buf[1024];
strcpy(buf, "hello world");
// 向管道中写入数据
write(pfd[1], buf, strlen(buf));
// 从管道中读取数据
read(pfd[0], buf, sizeof(buf));
std::cout << buf << std::endl;

四、信号量

信号量是一种进程间同步的方式。在C++中，可以使用semget创建一个信号量，使用semop对信号量进行操作，比如sem_wait和sem_post函数来进行对信号量的等待和释放。

// 创建信号量
int semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT|0666);
union semun {
    int val;
    struct semid_ds* buf;
    unsigned short* array;
    struct seminfo* __buf;
};
semun su;
su.val = 1;
semctl(semid, 0, SETVAL, su);
// 等待信号量
struct sembuf semb;
semb.sem_num = 0;
semb.sem_op = -1;
semb.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(semid, &semb, 1);
// 释放信号量
semb.sem_op = 1;
semop(semid, &semb, 1);
// 删除信号量
semctl(semid, 0, IPC_RMID, su);

五、套接字

套接字是一种进程间网络通信的方式。在C++中，可以使用socket函数创建套接字，使用bind函数绑定套接字到本地地址和端口，使用connect函数连接到另外一个套接字，使用send和recv函数进行数据的发送和接收。

// 创建套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 绑定套接字到本地地址和端口
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(9999);
bind(sockfd, (struct sockaddr*) &servaddr, sizeof(servaddr));
// 监听端口
listen(sockfd, 5);
socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
// 接受连接
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &clilen);
char buf[1024];
// 从连接中读取数据
int n = recv(connfd, buf, sizeof(buf), 0);
// 向连接中发送数据
send(connfd, "hello world", strlen("hello world"), 0);
// 关闭连接和套接字
close(connfd);
close(sockfd);

六、总结

在C++中，有很多种进程间通信方式，每种方式都有其优点和缺点，具体应该选择哪种方式取决于具体的场景和需求。本文介绍了共享内存、消息队列、管道、信号量和套接字这五种方式，并给出了相应的代码示例。