Qt/C++进程间通信：QSharedMemory 使用详解（附演示Demo）

在开发跨进程应用程序时，进程间通信（IPC）是一个关键问题。Qt 框架提供了多种 IPC 技术，其中 QSharedMemory 是一种高效的共享内存方式，可以实现多个进程之间快速交换数据。本文将详细讲解 QSharedMemory 的概念、用法及其主要函数的用途，帮助开发者更好地理解和使用它。

1. 什么是 QSharedMemory？

QSharedMemory 是 Qt 中用于进程间共享内存的类。它允许多个进程共享一块内存区域，从而避免数据传输时的 IO 操作，提高通信速度。通过共享内存，多个进程可以直接读写这块内存，而无需经过文件或网络传递。

QSharedMemory 的核心特点

唯一键（Key）标识：
- 每块共享内存通过唯一的键（字符串）标识。
- 不同进程通过相同的键连接到共享内存。
线程安全性：
- 提供锁机制（lock() 和 unlock()）以保护共享内存的读写。
跨平台支持：
- Qt 的跨平台特性使 QSharedMemory 可以在不同操作系统上无缝使用。

2. QSharedMemory 的常用场景

实时数据共享：
- 如传感器数据、实时日志等需要在多个进程间快速传递。
高性能需求：
- 在频繁更新的大量数据（如图像处理、缓存共享）中，通过共享内存减少通信开销。
进程间消息传递：
- 两个或多个应用程序之间的简单数据交换。

3. QSharedMemory 的工作流程

共享内存的基本使用可以分为以下几个步骤：

创建共享内存：
- 第一个进程通过 create(size) 创建一块共享内存。
- 分配的大小由数据的存储需求决定。
附加到共享内存：
- 其他进程通过 attach() 方法连接到已有的共享内存。
数据读写：
- 通过 lock() 和 unlock() 保证线程安全，获取内存指针后读写数据。
释放共享内存：
- 调用 detach() 断开与共享内存的连接。

4. QSharedMemory 常用函数详解

以下是 QSharedMemory 类的常用函数及其作用：

函数名	作用
构造函数	创建 `QSharedMemory` 对象，指定唯一键标识共享内存。
`create(size)`	创建指定大小的共享内存，如果共享内存已存在则返回失败。
`attach()`	附加到已有的共享内存，连接成功后可以访问内存内容。
`detach()`	断开与共享内存的连接，并释放资源（只有最后一个进程断开时共享内存才会被销毁）。
`lock()`	锁定共享内存，防止其他进程或线程同时访问数据（用于数据同步）。
`unlock()`	解锁共享内存，允许其他进程访问数据。
`data()` / `constData()`	获取共享内存的指针，用于读写数据（`data()` 为可写指针，`constData()` 为只读指针）。
`isAttached()`	检查当前进程是否已经连接到共享内存。
`error()` / `errorString()`	获取最近一次操作的错误代码和描述，便于调试。

5. 使用示例：QSharedMemory 实现进程间通信

以下是一个完整的例子，展示如何通过 QSharedMemory 实现进程间的读写通信。

程序1：写入共享内存

程序1负责创建共享内存并向其中写入数据。

#include <QCoreApplication>
#include <QSharedMemory>
#include <QDebug>
#include <QTimer>
#include <QDateTime>

#define tc(a) QString::fromLocal8Bit(a)

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QSharedMemory sharedMemory("MySharedMemoryKey");

    // 创建共享内存，大小为 1024 字节
    if (!sharedMemory.create(1024)) {
        qDebug() << tc("无法创建共享内存:") << sharedMemory.errorString();
        return -1;
    }

    qDebug() << tc("共享内存已创建");

    // 定时写入动态数据
    QTimer timer;
    QObject::connect(&timer, &QTimer::timeout, [&]() {
        if (sharedMemory.lock()) {
            char *to = static_cast<char *>(sharedMemory.data());
            QString message = tc("程序1动态消息#") + QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss.zzz");
            QByteArray byteArray = message.toLocal8Bit();
            memcpy(to, byteArray.data(), byteArray.size() + 1); // 写入动态数据
            sharedMemory.unlock();
            qDebug() << tc("成功写入共享内存：") << message;
        } else {
            qDebug() << tc("无法锁定共享内存进行写入:") << sharedMemory.errorString();
        }
    });

    timer.start(1000); // 每秒更新一次

    return a.exec();
}

程序2：读取共享内存

程序2连接到共享内存，读取数据并解析时间戳。

#include <QCoreApplication>
#include <QSharedMemory>
#include <QDebug>
#include <QTimer>
#include <QDateTime>

#define tc(a) QString::fromLocal8Bit(a)

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QSharedMemory sharedMemory("MySharedMemoryKey");

    // 连接到已有的共享内存
    if (!sharedMemory.attach()) {
        qDebug() << tc("无法连接到共享内存:") << sharedMemory.errorString();
        return -1;
    }

    qDebug() << tc("成功连接到共享内存");

    // 定时读取数据
    QTimer timer;
    QObject::connect(&timer, &QTimer::timeout, [&]() {
        if (sharedMemory.lock()) {
            const char *from = static_cast<const char *>(sharedMemory.constData());
            QString data = QString::fromLocal8Bit(from);
            sharedMemory.unlock();

            // 解析时间戳
            QString timeStampString = data.split("#").at(1);
            QDateTime messageTime = QDateTime::fromString(timeStampString, "yyyy-MM-dd hh:mm:ss.zzz");

            // 当前时间
            QDateTime currentTime = QDateTime::currentDateTime();

            qDebug() << tc("从共享内存读取到的数据：") << data;

            // 如果时间戳解析成功，计算时间差
            if (messageTime.isValid()) {
                qint64 timeDifference = messageTime.msecsTo(currentTime); // 时间差（毫秒）
                qDebug() << tc("接收到的时间：") << messageTime.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss.zzz");
                qDebug() << tc("当前时间：") << currentTime.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss.zzz");
                qDebug() << tc("时间差（毫秒）：") << timeDifference;
            } else {
                qDebug() << tc("无法解析时间戳！");
            }
        } else {
            qDebug() << tc("无法锁定共享内存进行读取:") << sharedMemory.errorString();
        }
    });

    timer.start(1000); // 每秒读取一次

    return a.exec();
}