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揭秘C语言编程：轻松入门多进程并发编程技巧与实例

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在C语言编程的世界里，多进程并发编程是一个深奥而又充满挑战的领域。它可以让你的程序同时执行多个任务，提高程序的运行效率。本文将带你轻松入门多进程并发编程，并提供一些实用的技巧和实例。

多进程并发编程概述

什么是多进程并发编程？

多进程并发编程指的是在程序中同时运行多个进程，这些进程可以独立执行，互不干扰。在C语言中，我们可以使用fork()函数创建新的进程。

为什么需要多进程并发编程？

多进程并发编程可以提高程序的运行效率，特别是在需要同时处理多个任务的情况下。例如，在服务器程序中，多进程可以同时处理多个客户端请求，提高响应速度。

入门多进程并发编程

1. 创建进程

在C语言中，使用fork()函数可以创建新的进程。fork()函数返回两个值：在父进程中返回子进程的ID，在子进程中返回0。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        // 创建进程失败
        perror("fork");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("I am the child process, PID: %d\n", getpid());
    } else {
        // 父进程
        printf("I am the parent process, PID: %d\n", getpid());
    }
    return 0;
}

2. 进程间通信

进程间通信是多进程并发编程的关键。在C语言中，可以使用管道（pipe）、共享内存（shared memory）和信号量（semaphore）等机制实现进程间通信。

管道

管道是一种简单的进程间通信机制，它允许两个进程之间通过一个管道进行数据的传递。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        write(pipefd[1], "Hello, world!\n", 14);
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
    } else {
        // 父进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        char buffer[100];
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Received: %s\n", buffer);
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
    }
    return 0;
}

共享内存

共享内存是一种更高级的进程间通信机制，它允许多个进程访问同一块内存。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int shm_fd = open("/my_shm", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    ftruncate(shm_fd, sizeof(int));
    int *shared_data = mmap(NULL, sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_data == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        *shared_data = 42;
        printf("Child process set shared data to %d\n", *shared_data);
    } else {
        // 父进程
        printf("Parent process: shared data is %d\n", *shared_data);
    }

    munmap(shared_data, sizeof(int));
    close(shm_fd);
    return 0;
}

信号量

信号量是一种用于同步多个进程的机制。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    key_t key = ftok("semfile", 65);
    int semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT);
    union semun arg;
    arg.val = 1;

    semctl(semid, 0, SETVAL, arg);

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        sem_wait(semid, 0);
        printf("Child process acquired semaphore\n");
        sem_post(semid, 0);
    } else {
        // 父进程
        sem_wait(semid, 0);
        printf("Parent process acquired semaphore\n");
        sem_post(semid, 0);
    }

    semctl(semid, 0, IPC_RMID, arg);
    return 0;
}

实例：多进程并发下载文件

下面是一个使用多进程并发下载文件的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>

#define MAX_CHILDREN 5

void download_file(const char *url, const char *local_path) {
    // 实现下载文件的逻辑
    // ...
}

int main() {
    const char *url = "http://example.com/file.zip";
    const char *local_path = "file.zip";

    int num_children = MAX_CHILDREN;
    pid_t pid;

    for (int i = 0; i < num_children; ++i) {
        pid = fork();
        if (pid == -1) {
            perror("fork");
            return 1;
        }

        if (pid == 0) {
            // 子进程
            download_file(url, local_path);
            exit(0);
        }
    }

    // 等待所有子进程结束
    while (wait(NULL) > 0);

    return 0;
}

总结

本文介绍了C语言编程中的多进程并发编程技巧，包括进程的创建、进程间通信以及一些实用的实例。通过学习这些技巧，你可以让你的C语言程序更加高效和强大。

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