C++如何在Linux中進行進程間通信

在Linux中，C++可以通過多種方式實現進程間通信（IPC）。以下是一些常用的IPC方法：

1. 管道（Pipes）：管道是一種半雙工的通信方式，通常用于父子進程之間的通信。在C++中，可以使用pipe()系統調用創建一個管道，然后使用read()和write()函數進行讀寫操作。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

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

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

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) { // 子進程
        close(pipefd[1]); // 關閉寫端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        std::cout << "子進程收到消息: " << buffer << std::endl;
        close(pipefd[0]);
    } else { // 父進程
        close(pipefd[0]); // 關閉讀端
        const char* message = "Hello from parent!";
        write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1);
        close(pipefd[1]);
    }

    return 0;
}

2. 命名管道（Named Pipes，FIFOs）：命名管道是一種特殊類型的文件，可以在不相關的進程之間進行通信。在C++中，可以使用mkfifo()系統調用創建一個命名管道，然后使用open()、read()和write()函數進行讀寫操作。

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

int main() {
    const char* fifo_name = "my_fifo";
    mkfifo(fifo_name, 0666);

    int fd = open(fifo_name, O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

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

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

    close(fd);
    unlink(fifo_name);

    return 0;
}

3. 信號（Signals）：信號是一種用于進程間異步通信的機制。在C++中，可以使用signal()函數設置信號處理函數，然后使用kill()函數發送信號。

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>

void signal_handler(int signum) {
    std::cout << "收到信號: " << signum << std::endl;
}

int main() {
    signal(SIGUSR1, signal_handler);

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) { // 子進程
        sleep(2);
        kill(getppid(), SIGUSR1);
    } else { // 父進程
        sleep(5);
    }

    return 0;
}

4. 消息隊列（Message Queues）：消息隊列是一種允許進程發送和接收消息的數據結構。在C++中，可以使用msgget()、msgsnd()和msgrcv()函數進行操作。

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

struct msg_buffer {
    long msg_type;
    char msg_text[100];
};

int main() {
    key_t key = ftok("msgqueue_example", 'A');
    int msgid = msgget(key, 0666 | IPC_CREAT);

    msg_buffer message;
    message.msg_type = 1;
    strcpy(message.msg_text, "Hello from message queue!");

    msgsnd(msgid, &message, sizeof(message.msg_text), 0);

    msgrcv(msgid, &message, sizeof(message.msg_text), 1, 0);
    std::cout << "收到消息: " << message.msg_text << std::endl;

    msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

5. 共享內存（Shared Memory）：共享內存是一種允許多個進程訪問同一塊內存區域的機制。在C++中，可以使用shmget()、shmat()和shmdt()函數進行操作。

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

int main() {
    key_t key = ftok("shared_memory_example", 'A');
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT);

    char* shared_memory = (char*)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_memory == (char*)-1) {
        perror("shmat");
        return 1;
    }

    strcpy(shared_memory, "Hello from shared memory!");

    std::cout << "共享內存中的消息: " << shared_memory << std::endl;

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

    return 0;
}

6. 信號量（Semaphores）：信號量是一種用于進程同步和互斥的機制。在C++中，可以使用semget()、semop()和semctl()函數進行操作。

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

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

int main() {
    key_t key = ftok("semaphore_example", 'A');
    int semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);

    union semun arg;
    arg.val = 1;
    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    struct sembuf sb = {0, -1, SEM_UNDO};
    semop(semid, &sb, 1); // P操作

    std::cout << "臨界區" << std::endl;

    sb.sem_op = 1; // V操作
    semop(semid, &sb, 1);

    semctl(semid, 0, IPC_RMID, arg);

    return 0;
}

這些只是Linux中C++進程間通信的一部分方法。在實際應用中，可以根據需求選擇合適的IPC機制。