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C++数据收发管道：构建高效的数据传输通道

news 来源：原创 2025/4/21 21:50:55

在多线程和多进程编程中，数据的收发是一个常见的需求。C++提供了多种机制来实现数据的高效传输，其中管道（Pipe）是一种简单而强大的工具。本文将详细介绍C++中数据收发管道的相关知识点，帮助你更好地理解和使用这一机制。

一、管道的基本概念

管道是一种进程间通信（IPC）机制，允许一个进程向管道写入数据，而另一个进程从管道读取数据。管道可以分为两种类型：

匿名管道（Anonymous Pipe）：通常用于单向通信，仅限于具有亲缘关系的进程之间（如父子进程）。匿名管道在Windows和Unix/Linux系统中都有支持。
命名管道（Named Pipe）：也称为FIFO（先进先出队列），是一种双向通信机制，可以在不相关的进程之间进行通信。命名管道通过文件系统中的一个特殊文件（FIFO文件）来标识，因此可以在不同的进程之间共享。

二、匿名管道的使用

在C++中，匿名管道可以通过系统调用或API函数创建。以下是一个简单的示例，展示如何在Windows和Unix/Linux系统中使用匿名管道。

（一）Windows平台

在Windows中，可以使用CreatePipe函数创建匿名管道。以下是一个示例代码：

#include <windows.h>
#include <iostream>int main() {HANDLE hReadPipe, hWritePipe;SECURITY_ATTRIBUTES sa = {sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES), NULL, TRUE};// 创建匿名管道if (!CreatePipe(&hReadPipe, &hWritePipe, &sa, 0)) {std::cerr << "CreatePipe failed" << std::endl;return 1;}// 写入数据到管道const char* data = "Hello, Pipe!";DWORD bytesWritten;if (!WriteFile(hWritePipe, data, strlen(data), &bytesWritten, NULL)) {std::cerr << "WriteFile failed" << std::endl;return 1;}// 从管道读取数据char buffer[100];DWORD bytesRead;if (!ReadFile(hReadPipe, buffer, sizeof(buffer) - 1, &bytesRead, NULL)) {std::cerr << "ReadFile failed" << std::endl;return 1;}buffer[bytesRead] = '\0';std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;// 关闭句柄CloseHandle(hReadPipe);CloseHandle(hWritePipe);return 0;
}

（二）Unix/Linux平台

在Unix/Linux系统中，可以使用pipe系统调用创建匿名管道。以下是一个示例代码：

#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <cstring>int main() {int pipefds[2];if (pipe(pipefds) == -1) {std::cerr << "pipe failed" << std::endl;return 1;}// 写入数据到管道const char* data = "Hello, Pipe!";if (write(pipefds[1], data, strlen(data)) == -1) {std::cerr << "write failed" << std::endl;return 1;}// 从管道读取数据char buffer[100];ssize_t bytesRead = read(pipefds[0], buffer, sizeof(buffer) - 1);if (bytesRead == -1) {std::cerr << "read failed" << std::endl;return 1;}buffer[bytesRead] = '\0';std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;// 关闭管道文件描述符close(pipefds[0]);close(pipefds[1]);return 0;
}

三、命名管道的使用

命名管道是一种更灵活的通信机制，支持在不相关的进程之间进行通信。以下是一个简单的示例，展示如何在Windows和Unix/Linux系统中使用命名管道。

（一）Windows平台

在Windows中，可以使用CreateNamedPipe函数创建命名管道。以下是一个示例代码：

#include <windows.h>
#include <iostream>int main() {// 创建命名管道HANDLE hPipe = CreateNamedPipe(L"\\\\.\\pipe\\MyPipe", // 管道名称PIPE_ACCESS_DUPLEX,    // 双向访问PIPE_TYPE_BYTE,        // 字节流模式1,                     // 最大实例数1024,                  // 输出缓冲区大小1024,                  // 输入缓冲区大小0,                     // 默认超时NULL                   // 默认安全属性);if (hPipe == INVALID_HANDLE_VALUE) {std::cerr << "CreateNamedPipe failed" << std::endl;return 1;}// 等待客户端连接if (!ConnectNamedPipe(hPipe, NULL)) {std::cerr << "ConnectNamedPipe failed" << std::endl;return 1;}// 写入数据到管道const char* data = "Hello, Named Pipe!";DWORD bytesWritten;if (!WriteFile(hPipe, data, strlen(data), &bytesWritten, NULL)) {std::cerr << "WriteFile failed" << std::endl;return 1;}// 关闭管道句柄CloseHandle(hPipe);return 0;
}