如何用Linux C++实现进程间通信 - 问答

在Linux环境下，C++可以通过多种方式实现进程间通信（IPC）。以下是一些常见的IPC方法：

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。
消息队列（Message Queues）:
- System V消息队列
- POSIX消息队列
共享内存（Shared Memory）:
- System V共享内存
- POSIX共享内存
信号（Signals）:
- 用于通知接收进程某个事件已经发生。
信号量（Semaphores）:
- 用于进程同步，控制多个进程对共享资源的访问。
套接字（Sockets）:
- 用于本地进程间通信或网络通信。

下面是一些简单的示例代码，展示了如何使用这些方法：

匿名管道

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

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

    // 创建匿名管道
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 读取消息
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]);
    } else { // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        const char* message = "Hello from parent!";
        write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1); // 发送消息
        close(pipefd[1]);
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

命名管道（FIFO）

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

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

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

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

    close(fd);
    unlink(fifo);

    return 0;
}

System V共享内存

#include <iostream>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#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 from shared memory!");
    std::cout << "Shared memory: " << str << std::endl;

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

    return 0;
}

POSIX共享内存

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

int main() {
    const char* name = "/my_shm";
    int shm_fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    ftruncate(shm_fd, sizeof(int));

    int* ptr = (int*) mmap(NULL, sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    *ptr = 42;

    std::cout << "Shared memory value: " << *ptr << std::endl;

    munmap(ptr, sizeof(int));
    shm_unlink(name);

    return 0;
}

信号

#include <csignal>
#include <iostream>

void signalHandler(int signum) {
    std::cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
}

int main() {
    signal(SIGINT, signalHandler);

    // 程序将继续执行，直到用户按下Ctrl+C
    while (true) {
        // do something
    }

    return 0;
}

套接字

// 这是一个非常基础的TCP套接字示例，包括一个服务器和一个客户端。

// 服务器端代码
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

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

    // 创建套接字文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定套接字到端口
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);

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

    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;

    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

// 客户端代码
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};

    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        std::cout << "
 Socket creation error 
";
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);

    // 将IPv4地址从文本转换为二进制形式
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        std::cout << "
Invalid address/ Address not supported 
";
        return -1;
    }

    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        std::cout << "
Connection Failed 
";
        return -1;
    }

    send(sock, "Hello from client", strlen("Hello from client"), 0);
    std::cout << "Hello message sent\n";
    read(sock, buffer, 1024);
    std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;

    close(sock);

    return 0;
}

请注意，这些示例代码仅用于演示目的，实际应用中可能需要更复杂的错误处理和资源管理。在使用共享内存和信号量时，还需要考虑同步问题，以避免竞态条件。在使用套接字时，可能需要处理多个客户端连接和并发通信。

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