C++進程間通信詳解

在大型軟件系統中，進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）是必不可少的。C++作為一門高效的編程語言，提供了多種方式來實現IPC。本文將從不同的角度來介紹C++的IPC，並給出完整的代碼示例。

一、共享內存

共享內存是一種高效的進程間通信方式。多個進程可以訪問同一塊內存區域，從而實現數據的共享。在C++中，可以使用shmget函數創建共享內存區域，使用shmat函數將共享內存關聯到進程的地址空間，使用shmdt函數將共享內存從進程的地址空間中分離，使用shmctl函數進行共享內存的操作，比如刪除共享內存。

// 創建共享內存
int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, 1024, IPC_CREAT|0666);
// 將共享內存關聯到進程的地址空間
char* shm = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
// 向共享內存中寫入數據
sprintf(shm, "hello world");
// 從共享內存中讀取數據
std::cout << shm << std::endl;
// 將共享內存從進程的地址空間中分離
shmdt(shm);
// 刪除共享內存
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

二、消息隊列

消息隊列是一種異步的進程間通信方式。它由內核維護一個消息隊列，在隊列中存儲需要傳遞的消息。在C++中，可以使用msgget函數創建消息隊列，使用msgsnd函數向消息隊列中發送消息，使用msgrcv函數從消息隊列中讀取消息，使用msgctl函數進行消息隊列的操作，比如刪除消息隊列。

struct msgbuf {
    long mtype;
    char mtext[1024];
};
// 創建消息隊列
int msgid = msgget(IPC_PRIVATE, IPC_CREAT|0666);
msgbuf msg;
msg.mtype = 1;
strcpy(msg.mtext, "hello world");
// 向消息隊列中發送消息
msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext), 0);
// 從消息隊列中讀取消息
msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 1, 0);
std::cout << msg.mtext << std::endl;
// 刪除消息隊列
msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

三、管道

管道是一種進程間單向通信方式。在C++中，可以使用pipe函數創建管道，並使用read和write函數進行讀寫操作。

int pfd[2];
// 創建管道
pipe(pfd);
char buf[1024];
strcpy(buf, "hello world");
// 向管道中寫入數據
write(pfd[1], buf, strlen(buf));
// 從管道中讀取數據
read(pfd[0], buf, sizeof(buf));
std::cout << buf << std::endl;

四、信號量

信號量是一種進程間同步的方式。在C++中，可以使用semget創建一個信號量，使用semop對信號量進行操作，比如sem_wait和sem_post函數來進行對信號量的等待和釋放。

// 創建信號量
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);
// 等待信號量
struct sembuf semb;
semb.sem_num = 0;
semb.sem_op = -1;
semb.sem_flg = SEM_UNDO;
semop(semid, &semb, 1);
// 釋放信號量
semb.sem_op = 1;
semop(semid, &semb, 1);
// 刪除信號量
semctl(semid, 0, IPC_RMID, su);

五、套接字

套接字是一種進程間網絡通信的方式。在C++中，可以使用socket函數創建套接字，使用bind函數綁定套接字到本地地址和端口，使用connect函數連接到另外一個套接字，使用send和recv函數進行數據的發送和接收。

// 創建套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 綁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));
// 監聽端口
listen(sockfd, 5);
socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
// 接受連接
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &clilen);
char buf[1024];
// 從連接中讀取數據
int n = recv(connfd, buf, sizeof(buf), 0);
// 向連接中發送數據
send(connfd, "hello world", strlen("hello world"), 0);
// 關閉連接和套接字
close(connfd);
close(sockfd);

六、總結

在C++中，有很多種進程間通信方式，每種方式都有其優點和缺點，具體應該選擇哪種方式取決於具體的場景和需求。本文介紹了共享內存、消息隊列、管道、信號量和套接字這五種方式，並給出了相應的代碼示例。