C++共享内存详解（手把手教你实现高效的进程间通信）

什么是共享内存？

共享内存是操作系统提供的一种机制，允许多个进程将同一段物理内存映射到各自的虚拟地址空间中。这样，一个进程写入的数据，另一个进程可以立即读取，无需通过内核复制数据，因此速度非常快。

在Linux/Unix系统中，通常使用POSIX或System V接口；在Windows中，则使用CreateFileMapping等API。本文以跨平台常用的POSIX共享内存为例进行讲解。

准备工作

确保你的系统支持POSIX共享内存（大多数现代Linux发行版都支持）。编译时需链接rt库（使用 -lrt 参数）。

步骤一：创建共享内存对象

首先，我们使用 shm_open() 创建或打开一个共享内存对象，并用 ftruncate() 设置其大小。

#include <sys/mman.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <cstring>#include <iostream>int main() {    const char* shm_name = "/my_shared_memory";    const size_t shm_size = 4096; // 4KB    // 创建或打开共享内存对象    int fd = shm_open(shm_name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);    if (fd == -1) {        perror("shm_open");        return 1;    }    // 设置共享内存大小    if (ftruncate(fd, shm_size) == -1) {        perror("ftruncate");        return 1;    }    std::cout << "共享内存对象已创建，名称: " << shm_name << std::endl;    return 0;}

步骤二：映射共享内存到进程地址空间

使用 mmap() 将共享内存映射到当前进程的虚拟地址空间，之后就可以像操作普通指针一样读写共享内存了。

// 接上例void* ptr = mmap(0, shm_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (ptr == MAP_FAILED) {    perror("mmap");    return 1;}// 写入数据const char* message = "Hello from Process A!";std::strcpy(static_cast<char*>(ptr), message);std::cout << "数据已写入共享内存" << std::endl;

步骤三：另一个进程读取共享内存

另一个程序只需以只读或读写方式打开同一个共享内存对象，并映射即可读取数据。

// 读取端代码int fd = shm_open("/my_shared_memory", O_RDONLY, 0666);if (fd == -1) {    perror("shm_open");    return 1;}void* ptr = mmap(0, 4096, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);if (ptr == MAP_FAILED) {    perror("mmap");    return 1;}std::cout << "从共享内存读取到: " << static_cast<char*>(ptr) << std::endl;

步骤四：清理资源

使用完毕后，务必解除映射并删除共享内存对象，避免内存泄漏。

// 解除映射munmap(ptr, shm_size);// 关闭文件描述符close(fd);// 删除共享内存对象（通常由最后一个使用者调用）shm_unlink("/my_shared_memory");

注意事项与最佳实践

• 共享内存本身不提供同步机制，多个进程同时读写可能导致数据竞争。建议配合使用信号量（semaphore）或互斥锁（mutex）。
• 共享内存名称应以斜杠开头（如 /my_shm），且不能包含其他斜杠。
• 使用完后一定要调用 shm_unlink() 删除对象，否则重启前会一直占用资源。
• 在实际项目中，可封装成类，提高代码复用性和安全性。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何在C++中使用共享内存编程实现高效的C++ IPC。共享内存是高性能多进程应用的核心技术之一，适用于需要频繁交换大量数据的场景，如游戏服务器、实时数据处理系统等。

记住：性能越高，责任越大。务必做好同步和资源管理，才能写出健壮可靠的程序！