C++ Linux如何进行进程间通信 - 问答

在Linux环境下，C++程序可以通过多种方式进行进程间通信（IPC）。以下是一些常用的IPC机制：

管道（Pipes）:
- 匿名管道（Anonymous Pipes）：通常用于父子进程之间的通信。
- 命名管道（Named Pipes，FIFOs）：允许无亲缘关系的进程之间进行通信。
信号（Signals）:
- 用于通知接收进程某个事件已经发生。
消息队列（Message Queues）:
- 允许进程发送和接收消息。
共享内存（Shared Memory）:
- 多个进程可以映射到同一块物理内存地址，实现高效的数据交换。
信号量（Semaphores）:
- 主要用于进程同步，控制多个进程对共享资源的访问。
套接字（Sockets）:
- 支持不同机器间的进程通信，也可以用于同一台机器上的进程通信。

下面是一些简单的示例代码，展示了如何在C++中使用这些IPC机制：

匿名管道

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[10];

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid > 0) { // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello from parent", 20);
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    } else { // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }

    return 0;
}

命名管道（FIFO）

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int main() {
    const char* fifo = "/tmp/myfifo";
    mkfifo(fifo, 0666);

    int fd = open(fifo, O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    const char* message = "Hello from FIFO";
    write(fd, message, strlen(message) + 1);

    char buffer[10];
    read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;

    close(fd);
    unlink(fifo); // 删除FIFO

    return 0;
}

共享内存

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <iostream>
#include <cstring>

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65);
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT);
    char* str = (char*) shmat(shmid, (void*)0, 0);

    strcpy(str, "Hello shared memory");
    std::cout << "Shared memory: " << str << std::endl;

    shmdt(str);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

信号量

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <iostream>

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    key_t key = ftok("semfile", 65);
    int semid = semget(key, 1, 0666|IPC_CREAT);

    union semun arg;
    arg.val = 1; // 初始化信号量为1
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    // 使用semop进行信号量操作...
    // ...

    semctl(semid, 0, IPC_RMID);

    return 0;
}

套接字

// 这是一个非常基础的TCP套接字示例，实际使用时需要更多的错误检查和资源管理。

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <cstring>

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};

    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    read(new_socket, buffer, 1024);
    std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;

    send(new_socket, "Hello from server", 17, 0);
    std::cout << "Hello message sent\n";

    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

请注意，这些示例代码仅用于演示目的，实际应用中需要考虑更多的错误处理和资源管理。在使用这些IPC机制时，还需要确保同步和互斥，以避免竞态条件和其他并发问题。

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