C#与C++交互开发系列(二十):跨进程通信之共享内存(Shared Memory)

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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

  1. C++ 进程:创建共享内存区域,将数据写入内存。
  2. 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。
  • UnmapViewOfFileCloseHandle: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

  1. 编译并运行 C++ 程序,它将创建共享内存并写入数据。
  2. 运行 C# 程序,它将打开并读取共享内存中的数据。

运行结果:
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  • 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。

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