面试题：C++ 跨进程通信中逻辑地址唯一性的挑战与应对

Question

在 C++ 进行跨进程通信（比如使用共享内存或套接字）场景下，由于不同进程逻辑地址具有唯一性，会带来哪些数据交互方面的挑战？请给出至少两种解决方案，并详细说明其原理和实现要点。

Answer 1

数据交互挑战

1. 指针问题：不同进程逻辑地址空间相互独立，在一个进程中的指针，对另一个进程毫无意义。若共享内存中存放指针，接收方无法直接使用该指针访问数据。
2. 数据结构对齐差异：不同进程可能因编译器、操作系统设置等原因，对数据结构对齐方式不同。这可能导致在一个进程中正确填充和布局的数据结构，在另一个进程中解析错误。

解决方案

1. 使用序列化与反序列化
   • 原理：将需要共享的数据转换为字节流形式，这个过程称为序列化。接收方收到字节流后，再将其恢复为原来的数据结构，即反序列化。这样就避免了因逻辑地址不同和数据结构对齐差异带来的问题，因为传递的只是数据的字节表示，不涉及进程内的逻辑地址。
   • 实现要点：
     • 选择合适的序列化库，如Protocol Buffers、JSON等。以Protocol Buffers为例，首先要定义数据结构的.proto文件，通过工具生成对应的C++代码。在发送方，创建数据对象并填充数据，然后调用生成代码中的序列化函数将其转换为字节流发送。在接收方，接收到字节流后，调用反序列化函数恢复数据对象。
     • 注意数据类型的兼容性，确保序列化和反序列化使用相同的规则和数据类型定义。
2. 共享内存结合偏移量
   • 原理：在共享内存中不直接存放指针，而是使用偏移量。发送方将数据放入共享内存，并记录数据在共享内存中的偏移位置。接收方根据这个偏移量在共享内存中访问数据，从而绕开逻辑地址不同的问题。
   • 实现要点：
     • 使用系统调用（如POSIX共享内存函数shmget、shmat等）创建和映射共享内存。
     • 发送方在共享内存中分配空间存放数据，并计算数据相对于共享内存起始地址的偏移量，将偏移量通过某种方式（如管道、消息队列等）传递给接收方。
     • 接收方获取偏移量后，结合共享内存起始地址，就可以访问到数据。同时要注意共享内存的同步访问问题，可使用信号量等机制进行同步。