C++ mmap用法介绍(mmap用法和用法举例)

一、mmap简介

mmap是指内存映射，它是一种内存管理方法，早在Unix系统的早期版本中就已经被广泛使用。mmap将一个磁盘文件区域映射到进程地址空间中的一段地址，这样就可以像访问内存一样访问它。

mmap函数通常用于文件的共享内存区域，可以将磁盘文件的一部分直接映射到进程的地址空间中，通过对该区域的读写来完成文件的读写，这种方式避免了频繁的文件I/O操作，从而提高了程序的效率。

二、mmap函数的使用

使用mmap前需要打开需要映射的文件，然后将文件长度扩展至需要的长度。

mmap函数的定义如下：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
// addr：指定映射的首地址（通常为空指针）
// length：映射区域的长度
// prot：映射区域的访问权限（PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_EXEC）
// flags：映射区域的特性（MAP_SHARED、MAP_PRIVATE）
// fd：指定要映射的文件描述符
// offset：指定要映射的文件区域

mmap函数会返回映射区域的指针。

成功调用mmap后，需要使用munmap函数释放映射的内存。

int munmap(void *addr, size_t length);
// addr：指定要释放的映射区域的指针
// length：指定要释放的映射区域的长度

三、mmap的优缺点

优点

1、提高文件I/O效率

使用mmap可以将文件的部分区域映射到内存中，从而减少频繁的文件I/O操作，提高程序的效率。

2、共享内存

多个进程可以同时访问同一块内存区域，从而实现内存共享。

缺点

1、限制映射区域的大小

mmap映射区域的大小是受限制的，通常不能超过物理内存的大小。

2、操作磁盘文件风险较高

如果多个进程同时访问同一块映射的内存区域，可能会导致数据不一致的问题，因此需要在使用时加锁。

四、使用示例

示例1：从文件读取内容

以下示例用于从文件中读取内容，并将其打印到控制台上：

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        std::cerr << "open failedn";
        return -1;
    }
    struct stat st;
    if (fstat(fd, &st) < 0) {
        std::cerr << "fstat failedn";
        close(fd);
        return -1;
    }
    char *addr = (char*)mmap(NULL, st.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "mmap failedn";
        close(fd);
        return -1;
    }
    write(STDOUT_FILENO, addr, st.st_size);
    if (munmap(addr, st.st_size) < 0) {
        std::cerr << "munmap failedn";
    }
    close(fd);
    return 0;
}

示例2：将数据写入文件

以下示例用于将数据写入文件中：

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int fd = open("output.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if (fd < 0) {
        std::cerr << "open failedn";
        return -1;
    }
    int len = 1024 * 1024;
    if (ftruncate(fd, len) < 0) {
        std::cerr << "ftruncate failedn";
        close(fd);
        return -1;
    }
    char *addr = (char*)mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "mmap failedn";
        close(fd);
        return -1;
    }
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        addr[i] = 'a';
    }
    if (munmap(addr, len) < 0) {
        std::cerr << "munmap failedn";
    }
    close(fd);
    return 0;
}

五、总结

mmap是一种内存映射的方法，常用于文件的共享内存区域。使用mmap需要打开需要映射的文件，并将文件长度扩展至需要的长度，然后调用mmap函数将文件映射到进程地址空间中的一段地址。成功调用mmap后，需要使用munmap函数释放映射的内存。

mmap的优点是提高了文件I/O效率，以及可以实现内存共享；缺点是映射区域的大小受限制，操作磁盘文件风险较高。