C#与C++交互开发系列（十八）：跨进程通信之命名管道（Named Pipes）

1、前言

在 C# 和 C++ 应用程序之间进行数据交换时，命名管道（Named Pipes）是一种简单高效的进程间通信（IPC）方式。命名管道提供了可靠的双向通信通道，适合用于同一台机器上的跨进程通信。本文将深入介绍如何在 C# 和 C++ 程序中使用命名管道进行数据传输，包括详细的示例代码，帮助读者在实践中使用并调试这一技术。

2、什么是命名管道？

命名管道是 Windows 提供的一种 IPC 机制，支持双向数据流。与匿名管道不同，命名管道可以跨进程、跨用户访问。管道是由一个唯一的名称标识的，因此不同程序可以通过名称找到并使用相同的管道。命名管道适合中小规模的数据交换，对数据实时性和可靠性要求高的场景。

3、实现步骤

1. C++ 端：创建命名管道并写入数据

   • 使用 Windows API CreateNamedPipe 创建管道。
   • 通过 WriteFile 写入数据到管道。
   • 调用 CloseHandle 关闭管道。

2. C# 端：连接到命名管道并读取数据

   • 使用 NamedPipeClientStream 连接管道。
   • 通过 StreamReader 读取数据。
   • 关闭连接。

4、示例代码

下面的代码展示了一个完整的跨进程通信实例。C++ 程序作为管道服务器，创建命名管道并发送消息；C# 程序作为客户端，从管道读取数据。

4.1 C++ 服务器代码

首先，我们创建一个名为“MyPipe”的管道，并写入一条文本消息到管道中：

#include <windows.h>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建命名管道
    HANDLE hPipe = CreateNamedPipe(TEXT("\\\\.\\pipe\\MyPipe"),
                                   PIPE_ACCESS_OUTBOUND,
                                   PIPE_TYPE_BYTE | PIPE_WAIT,
                                   1, 0, 0, 0, NULL);

    if (hPipe == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        std::cerr << "Failed to create named pipe. Error: " << GetLastError() << std::endl;
        return 1;
    }

    // 等待客户端连接
    std::cout << "Waiting for client connection..." << std::endl;
    if (ConnectNamedPipe(hPipe, NULL)) {
        const char* message = "Hello from C++";
        DWORD bytesWritten;
        if (WriteFile(hPipe, message, strlen(message) + 1, &bytesWritten, NULL)) {
            std::cout << "Message sent to client." << std::endl;
        } else {
            std::cerr << "Failed to write to pipe. Error: " << GetLastError() << std::endl;
        }
    } else {
        std::cerr << "Failed to connect to named pipe. Error: " << GetLastError() << std::endl;
    }

    // 关闭管道句柄
    CloseHandle(hPipe);
    return 0;
}

代码解析：

• CreateNamedPipe：创建一个名为“MyPipe”的命名管道，指定为字节流类型（PIPE_TYPE_BYTE）。
• ConnectNamedPipe：等待客户端连接。
• WriteFile：将文本消息写入管道中。

4.2 C# 客户端代码

C# 客户端程序连接到同名的管道，并读取消息：

using System;
using System.IO;
using System.IO.Pipes;

class Program {
    static void Main() {
        // 连接到命名管道
        using (var pipeClient = new NamedPipeClientStream(".", "MyPipe", PipeDirection.In)) {
            pipeClient.Connect();

            // 读取数据
            using (var reader = new StreamReader(pipeClient)) {
                string message = reader.ReadToEnd();
                Console.WriteLine("Received from C++: " + message);
            }
        }
    }
}

代码解析：

• NamedPipeClientStream：创建命名管道客户端，连接到“MyPipe”管道。
• StreamReader：用于从管道中读取数据，直到读取完毕。

5、运行步骤

1. 编译并运行 C++ 服务器程序，等待客户端连接。
2. 运行 C# 客户端程序，连接到管道并读取消息。

在运行过程中，C++ 服务器程序会输出“Waiting for client connection...”，当客户端连接后，客户端会显示从管道中接收到的消息“Received from C++: Hello from C++”。

6、注意事项

1. 命名管道名称：管道的名称在服务器和客户端之间必须一致。通常采用 \\.\pipe\PipeName 的格式，其中 PipeName 为自定义名称。
2. 双向通信：可以通过设置 PIPE_ACCESS_DUPLEX 实现双向通信，此时需要在服务器和客户端都调用 ReadFile 和 WriteFile。
3. 异常处理：在生产环境中，建议加入更多的异常处理，确保管道连接中断时能够正确地释放资源。

7、应用场景

命名管道非常适合用于以下场景：

• 单机多进程数据交换：例如监控和控制系统，其中一个进程负责采集数据，另一个进程负责数据处理。
• 实时数据传输：如实时日志记录，将数据从一个程序实时传输到另一个程序中进行存储或分析。

8、优缺点

• 优点：

  • 支持双向通信。
  • 简单易用，无需复杂的网络配置。
  • 支持多客户端连接同一个命名管道。

• 缺点：

  • 仅适合同一台计算机上的进程间通信。
  • 传输速率相对较慢，不适合大规模数据传输。

9、总结

命名管道是一种高效、可靠的 IPC 方式，在需要简单、双向的本地通信场景中非常适用。通过使用 C# 和 C++ 两种语言编写的示例程序，展示了如何创建和使用命名管道实现跨进程的数据传输。在实际应用中，可以根据业务需求调整管道名称、数据流向和异常处理，使其更好地服务于系统需求。

在下一篇文章中，我们将讨论如何使用 套接字（Sockets） 进行跨进程通信，这种方法支持跨网络的数据传输，适用于分布式系统。

原文地址：https://blog.csdn.net/houbincarson/article/details/143457332

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