CreateFileMapping()函数用法详解

在Windows操作系统中，进程间通信（IPC）是一个非常重要的话题，尤其是在多线程和多进程开发中，如何高效地共享内存资源成为开发者关注的焦点。CreateFileMapping()函数是Windows API中用于创建文件映射对象的核心函数之一，它允许不同进程之间共享同一块内存区域，从而实现数据的高效传递与同步。

本文将围绕CreateFileMapping()函数展开详细讲解，包括其基本功能、参数说明、使用方法、常见应用场景以及注意事项。通过深入解析该函数的用法，帮助开发者更好地理解和应用这一强大的系统级API。

一、什么是CreateFileMapping()函数

CreateFileMapping()是Windows操作系统提供的一个系统调用函数，属于Windows API的一部分。它的主要作用是创建一个文件映射对象（File Mapping Object），即一个可以被多个进程访问的共享内存区域。

这个函数通常与MapViewOfFile()等其他函数配合使用，形成一套完整的进程间共享内存机制。通过这种方式，多个进程可以在同一个内存空间中读写数据，实现高效的进程间通信。

CreateFileMapping()的核心思想是：将磁盘上的文件或系统分配的内存映射到进程的地址空间中，使得进程可以像操作普通内存一样操作这些数据。

二、CreateFileMapping()函数的基本语法

以下是CreateFileMapping()函数的标准声明：

HANDLE CreateFileMapping(
  HANDLE hFile,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes,
  DWORD flProtect,
  DWORD dwMaximumSizeHigh,
  DWORD dwMaximumSizeLow,
  LPCTSTR lpName
);

参数说明：

1. hFile

表示一个已打开的文件句柄。如果设置为INVALID_HANDLE_VALUE，则表示创建的是一个系统分配的匿名内存映射对象，而不是基于文件的映射。

1. lpFileMappingAttributes

指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，用于指定文件映射对象的安全属性。如果设为NULL，则使用默认的安全描述符。

1. flProtect

指定文件映射对象的访问权限，常见的值包括：

PAGE_READONLY：只读

PAGE_READWRITE：可读可写

PAGE_EXECUTE_READWRITE：可执行、可读、可写

1. dwMaximumSizeHigh

指定映射对象的最大大小的高位部分（以字节为单位）。对于32位系统，通常设为0。

1. dwMaximumSizeLow

指定映射对象的最大大小的低位部分。结合dwMaximumSizeHigh可以表示最大64位的大小。

1. lpName

指定文件映射对象的名称，用于跨进程访问。如果设为NULL，则该对象为匿名对象，只能在当前进程中使用。

三、CreateFileMapping()的返回值

CreateFileMapping()函数返回一个HANDLE类型的值，表示创建的文件映射对象的句柄。如果函数调用失败，返回值为NULL，此时可以通过GetLastError()获取具体的错误信息。

成功时，该句柄可以用于后续的MapViewOfFile()调用，以便将映射对象映射到进程的地址空间中进行读写操作。

四、CreateFileMapping()的使用场景

CreateFileMapping()常用于以下几种场景：

1. 进程间共享内存

这是CreateFileMapping()最典型的应用。通过创建一个共享内存映射对象，多个进程可以同时访问同一块内存区域，实现数据的快速交换。

例如，在多线程服务器程序中，主进程可以创建一个共享内存，供各个子线程读取或写入数据，避免频繁的内存拷贝操作。

1. 文件映射到内存

当需要对大文件进行随机访问时，可以使用CreateFileMapping()将整个文件映射到内存中，然后通过指针直接访问文件内容，提高读写效率。

1. 内存池管理

在一些高性能应用中，如游戏引擎、数据库系统等，开发者可以使用CreateFileMapping()创建一个固定大小的内存池，供多个线程或进程共享和使用。

1. 跨进程数据同步

结合CreateFileMapping()和MapViewOfFile()，可以实现进程间的同步机制，例如通过共享内存中的标志位来控制任务状态。

五、CreateFileMapping()的典型使用步骤

使用CreateFileMapping()通常包括以下几个步骤：

1. 创建文件映射对象

调用CreateFileMapping()函数，传入合适的参数，创建一个文件映射对象。例如：

HANDLE hMapFile = CreateFileMapping(
    INVALID_HANDLE_VALUE,           // 匿名映射
    NULL,                           // 默认安全属性
    PAGE_READWRITE,                 // 可读可写
    0,                              // 高位大小
    1024,                           // 低字节大小（1KB）
    L"Local\\MySharedMemory"        // 映射对象名称
);

1. 映射到进程地址空间
   

使用MapViewOfFile()函数将创建的文件映射对象映射到当前进程的地址空间中：

LPVOID pBuf = MapViewOfFile(
    hMapFile,                       // 文件映射句柄
    FILE_MAP_ALL_ACCESS,            // 全部访问权限
    0,                              // 起始偏移量
    0,                              // 偏移量低位
    1024                            // 映射大小
);

1. 读写共享内存
   

一旦映射完成，就可以通过pBuf指针对内存进行读写操作，例如：

strcpy((char*)pBuf, "Hello from shared memory");

1. 解除映射并关闭句柄
   

在使用完毕后，应调用UnmapViewOfFile()解除映射，并调用CloseHandle()关闭句柄：

UnmapViewOfFile(pBuf);
CloseHandle(hMapFile);

六、CreateFileMapping()的注意事项

在使用CreateFileMapping()时，需要注意以下几个关键点：

1. 权限设置要合理

flProtect参数决定了映射对象的访问权限，设置不当可能导致访问冲突或安全漏洞。例如，如果设置为PAGE_READONLY，但尝试写入，则会引发异常。

1. 命名唯一性

如果使用了lpName参数，需确保名称在整个系统中是唯一的，否则可能与其他进程的映射对象发生冲突。

1. 内存大小限制

dwMaximumSizeHigh和dwMaximumSizeLow参数共同决定了映射对象的最大大小。超过此限制会导致映射失败。

1. 跨进程访问的同步问题

多个进程同时访问共享内存时，必须采用适当的同步机制（如互斥锁、信号量等），防止数据竞争和不一致。

1. 资源释放

使用完映射对象后，务必调用UnmapViewOfFile()和CloseHandle()，否则可能导致内存泄漏或资源无法回收。

七、CreateFileMapping()与CreateFile的对比

虽然CreateFileMapping()和CreateFile()都是Windows API中的文件操作函数，但它们的功能和用途有明显区别：

CreateFile() 用于打开或创建文件，返回的是文件句柄，适用于传统的文件读写操作。

CreateFileMapping() 则用于创建文件映射对象，提供更灵活的内存共享机制，适合于进程间通信和大文件处理。

两者可以结合使用，例如先用CreateFile()打开一个文件，再通过CreateFileMapping()将其映射到内存中，实现高效的数据访问。

CreateFileMapping()是Windows操作系统中用于创建文件映射对象的重要函数，广泛应用于进程间通信、内存共享、文件映射等场景。通过理解其语法、参数含义及使用流程，开发者可以更有效地利用这一机制提升程序性能和可靠性。

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