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揭秘高效C语言进程间通信技巧，掌握跨进程数据传输秘籍

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在计算机编程的世界里，进程间通信（Inter-Process Communication，简称IPC）是一项重要的技能。对于使用C语言进行开发的人来说，掌握高效的IPC技巧对于提升程序的性能和可维护性至关重要。本文将揭秘C语言进程间通信的几种常用技巧，帮助你掌握跨进程数据传输的秘籍。

1. 管道（Pipes）

管道是C语言中最简单的IPC机制之一，它允许在父进程和子进程之间或者两个兄弟进程之间进行数据传输。管道分为无名管道和命名管道两种。

无名管道

无名管道是临时管道，仅在父进程和子进程之间有效。以下是一个使用无名管道进行通信的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t cpid;

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

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

    if (cpid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        dprintf(pipefd[1], "Hello, parent!\n"); // 向父进程发送数据
        close(pipefd[1]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        char message[20];
        read(pipefd[0], message, sizeof(message)); // 从子进程读取数据
        printf("Received: %s\n", message);
        close(pipefd[0]);
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

命名管道

命名管道（FIFO）可以在任意两个进程间进行通信，即使它们没有亲缘关系。以下是创建命名管道的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int pipe_fd;
    char message[] = "Hello, World!";

    // 创建命名管道
    if (mkfifo("myfifo", 0666) == -1) {
        perror("mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 子进程写入管道
    if (fork() == 0) {
        close(1); // 关闭标准输出
        dup(pipe_fd = open("myfifo", O_WRONLY)); // 将文件描述符1（标准输出）复制到管道文件描述符
        dprintf(pipe_fd, "%s", message);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        close(pipe_fd); // 关闭管道文件描述符

        // 父进程读取管道
        int r = open("myfifo", O_RDONLY);
        char buffer[50];
        read(r, buffer, sizeof(buffer));
        printf("Received: %s\n", buffer);

        close(r); // 关闭文件描述符
        unlink("myfifo"); // 删除命名管道
    }

    return 0;
}

2. 套接字（Sockets）

套接字是用于实现跨网络通信的IPC机制，它可以用于同一台计算机上的不同进程或者不同计算机之间的通信。

基于TCP的套接字通信

以下是一个简单的基于TCP的套接字通信示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    // 创建socket
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址结构体
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8080);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);

    // 连接到服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("connect");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送数据
    char message[] = "Hello, server!";
    send(sockfd, message, strlen(message), 0);

    // 接收数据
    char buffer[1024];
    int n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
    if (n > 0) {
        printf("Received: %s\n", buffer);
    }

    // 关闭socket
    close(sockfd);

    return 0;
}

基于UDP的套接字通信

以下是一个简单的基于UDP的套接字通信示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t len;
    char mesg[100];

    // 创建socket
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址结构体
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8080);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 绑定socket
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收数据
    len = sizeof(cliaddr);
    recvfrom(sockfd, mesg, sizeof(mesg), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    printf("Received: %s\n", mesg);

    // 发送数据
    strcpy(mesg, "Hello, client!");
    sendto(sockfd, mesg, strlen(mesg), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, len);

    // 关闭socket
    close(sockfd);

    return 0;
}

3. 共享内存（Shared Memory）

共享内存允许两个或多个进程访问同一块内存区域，从而实现高效的数据传输。

使用POSIX共享内存

以下是一个使用POSIX共享内存进行通信的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main() {
    const char *message = "Hello, shared memory!";
    int shm_fd;
    void *addr;

    // 打开共享内存对象
    shm_fd = shm_open("/my_shared_memory", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("shm_open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置共享内存大小
    ftruncate(shm_fd, sizeof(message));

    // 映射共享内存到进程地址空间
    addr = mmap(NULL, sizeof(message), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 向共享内存写入数据
    memcpy(addr, message, strlen(message) + 1);

    // 关闭共享内存对象
    close(shm_fd);

    return 0;
}

总结

本文介绍了C语言进程间通信的几种常用技巧，包括管道、套接字和共享内存。通过学习这些技巧，你可以更高效地实现跨进程数据传输，提升程序的性能和可维护性。希望这些秘籍能够帮助你成为一位更优秀的C语言开发者！

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