C++ Linux如何進行進程間通信

在Linux環境下，C++程序可以通過多種方式進行進程間通信（IPC）。以下是一些常用的IPC機制：

1. 管道（Pipes）:

   • 匿名管道（Anonymous Pipes）：通常用于父子進程之間的通信。
   • 命名管道（Named Pipes，FIFOs）：允許無親緣關系的進程之間進行通信。

2. 信號（Signals）:

   • 用于通知接收進程某個事件已經發生。

3. 消息隊列（Message Queues）:

   • 允許進程發送和接收消息。

4. 共享內存（Shared Memory）:

   • 多個進程可以映射到同一塊物理內存地址，實現高效的數據交換。

5. 信號量（Semaphores）:

   • 主要用于進程同步，控制多個進程對共享資源的訪問。

6. 套接字（Sockets）:

   • 支持不同機器間的進程通信，也可以用于同一臺機器上的進程通信。

下面是一些簡單的示例代碼，展示了如何在C++中使用這些IPC機制：

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) { // 父進程
        close(pipefd[0]); // 關閉讀端
        write(pipefd[1], "Hello from parent", 20);
        close(pipefd[1]); // 關閉寫端
        wait(NULL); // 等待子進程結束
    } else { // 子進程
        close(pipefd[1]); // 關閉寫端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        std::cout << "Child received: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]); // 關閉讀端
    }

    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); // 刪除FIFO

    return 0;
}

共享內存

#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;
}

信號量

#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; // 初始化信號量為1
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    // 使用semop進行信號量操作...
    // ...

    semctl(semid, 0, IPC_RMID);

    return 0;
}

套接字

// 這是一個非?；A的TCP套接字示例，實際使用時需要更多的錯誤檢查和資源管理。

#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;
}

請注意，這些示例代碼僅用于演示目的，實際應用中需要考慮更多的錯誤處理和資源管理。在使用這些IPC機制時，還需要確保同步和互斥，以避免競態條件和其他并發問題。