C#与C++交互开发系列（二十）：跨进程通信之共享内存（Shared Memory）
1、前言
共享内存（Shared Memory）是一种高效的跨进程通信方式，尤其适用于同一台计算机上的进程之间的高速数据传输。与套接字相比，共享内存允许多个进程直接访问同一块内存区域，减少了数据传输的中间步骤，适合需要高性能和低延迟的场景。本文将介绍如何在 C# 和 C++ 之间通过共享内存实现跨进程通信，并附上完整的示例代码。
2、什么是共享内存？
共享内存是一种在操作系统中分配的内存区域，允许多个进程对该内存区域进行读写。不同于管道或套接字，数据不需要被复制到缓冲区中进行传输，而是直接由各个进程访问内存数据，从而提高了数据传输效率。
3、实现步骤
- C++ 进程：创建共享内存区域，将数据写入内存。
- C# 进程：打开该共享内存区域，从内存中读取数据。
4、示例代码
以下代码展示了一个 C++ 进程创建并写入共享内存，另一个 C# 进程读取该共享内存中的数据。
C++ 代码：创建并写入共享内存
使用 Windows API 创建共享内存，并将数据写入共享内存区域。
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <cstring>
int main() {
const char* sharedMemoryName = "Local\\MySharedMemory";
const char* message = "Hello from C++!";
// 创建共享内存
HANDLE hMapFile = CreateFileMappingA(
INVALID_HANDLE_VALUE,
NULL,
PAGE_READWRITE,
0,
256,
sharedMemoryName
);
if (hMapFile == NULL) {
std::cerr << "Could not create file mapping object: " << GetLastError() << std::endl;
return 1;
}
// 映射内存
LPVOID pBuf = MapViewOfFile(
hMapFile,
FILE_MAP_ALL_ACCESS,
0,
0,
256
);
if (pBuf == NULL) {
std::cerr << "Could not map view of file: " << GetLastError() << std::endl;
CloseHandle(hMapFile);
return 1;
}
// 写入数据到共享内存
CopyMemory((PVOID)pBuf, message, strlen(message) + 1);
std::cout << "Data written to shared memory: " << message << std::endl;
std::cout << "Press Enter to exit...";
std::cin.get();
// 释放资源
UnmapViewOfFile(pBuf);
CloseHandle(hMapFile);
return 0;
}
代码解析：
CreateFileMappingA：创建共享内存对象。MapViewOfFile：将共享内存映射到进程地址空间。CopyMemory：将数据写入共享内存。UnmapViewOfFile和CloseHandle：释放内存映射并关闭句柄。
C# 代码：读取共享内存
在 C# 中使用 MemoryMappedFile 类打开并读取共享内存数据。
using System;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Text;
class Program {
static void Main() {
const string sharedMemoryName = "Local\\MySharedMemory";
// 打开共享内存
using (MemoryMappedFile mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting(sharedMemoryName)) {
// 读取共享内存数据
using (MemoryMappedViewAccessor accessor = mmf.CreateViewAccessor(0, 256)) {
byte[] buffer = new byte[256];
accessor.ReadArray(0, buffer, 0, buffer.Length);
// 将字节数组转换为字符串
string message = Encoding.ASCII.GetString(buffer).TrimEnd('\0');
Console.WriteLine("Data read from shared memory: " + message);
}
}
}
}
代码解析：
MemoryMappedFile.OpenExisting：打开现有的共享内存对象。MemoryMappedViewAccessor：创建内存视图以读取共享内存中的数据。ReadArray：从共享内存中读取数据。Encoding.ASCII.GetString：将字节数组转换为字符串。
5、运行步骤
- 编译并运行 C++ 程序，它将创建共享内存并写入数据。
- 运行 C# 程序，它将打开并读取共享内存中的数据。
运行结果：
- C++ 程序输出：
Data written to shared memory: Hello from C++! - C# 程序输出：
Data read from shared memory: Hello from C++!
6、注意事项
- 命名空间一致性：确保共享内存名称一致，否则 C# 程序无法找到 C++ 程序创建的共享内存。
- 访问权限：共享内存的访问权限应当在 C++ 和 C# 之间保持一致。
- 数据格式：在多字节字符的处理上要确保编码一致，以免出现乱码。
7、应用场景
- 高性能数据传输：适用于大数据量、低延迟的应用场景，如视频处理、游戏引擎等。
- 跨进程数据共享：允许多个进程同时访问同一块数据，减少数据复制开销。
8、优缺点
- 优点：
- 高速数据传输，适合大数据量传输场景。
- 不需要数据序列化与反序列化，降低了性能开销。
- 缺点：
- 只适用于同一台计算机上的进程通信。
- 需要注意数据同步，避免多个进程同时写入导致的数据竞争。
9、总结
通过共享内存，C# 和 C++ 程序能够实现高效的跨进程通信，适用于高频、大数据量的数据传输需求。共享内存虽然具备较高的性能优势，但同时需要妥善管理访问权限和数据同步。
在下一篇文章中，我们将介绍 消息队列（Message Queues） 的实现方法，它更适合分布式系统中数据量不大但需要排队处理的场景。
原文地址：https://blog.csdn.net/houbincarson/article/details/143457447
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