C++进程间通信入门指南（详解IPC机制与实战示例）

什么是进程间通信？

进程是操作系统中运行的程序实例。每个进程拥有独立的内存空间，这意味着一个进程不能直接访问另一个进程的变量或数据。为了实现协作，就需要使用IPC机制。

常见的C++进程间通信方式包括：

• 管道（Pipe）
• 命名管道（FIFO）
• 共享内存（Shared Memory）
• 消息队列（Message Queue）
• 信号（Signals）
• 套接字（Sockets）

本文将重点介绍最常用的两种：**管道通信** 和 **共享内存**。

1. 管道通信（Pipe）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动。通常用于具有亲缘关系的进程之间（如父子进程）。

在Linux/Unix系统中，可以使用pipe()系统调用创建管道。下面是一个简单的C++示例：

#include <iostream>#include <unistd.h>#include <sys/wait.h>#include <cstring>int main() {    int fd[2];    char buffer[100];    // 创建管道    if (pipe(fd) == -1) {        std::cerr << "创建管道失败！\n";        return 1;    }    pid_t pid = fork();    if (pid > 0) {        // 父进程：写入数据        close(fd[0]); // 关闭读端        const char* msg = "Hello from parent!";        write(fd[1], msg, strlen(msg) + 1);        close(fd[1]);        wait(nullptr); // 等待子进程结束    }     else if (pid == 0) {        // 子进程：读取数据        close(fd[1]); // 关闭写端        read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));        std::cout << "子进程收到: " << buffer << std::endl;        close(fd[0]);    }     else {        std::cerr << "fork 失败！\n";        return 1;    }    return 0;}

这个例子展示了父进程通过管道向子进程发送一条消息。注意：管道只适用于有亲缘关系的进程。

2. 共享内存（Shared Memory）

C++共享内存是一种高效的IPC方式，允许多个进程访问同一块物理内存区域。由于不涉及内核拷贝，速度非常快。

在POSIX系统中，可以使用shm_open()和mmap()来创建和映射共享内存。以下是一个简单示例：

#include <iostream>#include <sys/mman.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/stat.h>int main() {    const char* name = "/my_shm";    const int SIZE = 4096;    // 创建共享内存对象    int shm_fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);    ftruncate(shm_fd, SIZE);    // 映射到进程地址空间    void* ptr = mmap(0, SIZE, PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);    // 写入数据    sprintf(static_cast<char*>(ptr), "Hello from shared memory!");    std::cout << "写入共享内存成功！\n";    // 注意：实际应用中应由另一个进程读取    // 这里仅为演示，直接读取    std::cout << "读取内容: " << static_cast<char*>(ptr) << std::endl;    // 清理资源    munmap(ptr, SIZE);    shm_unlink(name);    return 0;}

编译时需链接rt库：g++ -o shm_example shm_example.cpp -lrt

如何选择合适的IPC机制？

不同的IPC机制适用于不同场景：

总结

通过本文，你已经掌握了C++进程间通信的两种基础方式：**管道通信** 和 **共享内存**。这些是构建复杂多进程应用程序的基石。

记住，选择合适的IPC机制取决于你的具体需求：是否需要高性能？是否跨机器？是否有亲缘关系？

希望这篇教程能帮助你迈出多进程编程的第一步！继续练习，你很快就能写出高效的并发程序了。

关键词回顾：C++进程间通信、IPC机制、C++共享内存、管道通信。