內存映射文件通過將文件直接映射到進程地址空間，使程序能像訪問內存一樣操作文件內容，從而顯著提升大文件處理效率。其核心優勢在于減少系統調用和數據拷貝。在linux/unix中使用mmap進行文件映射的步驟為：1. 使用open()打開文件；2. 調用mmap()將文件映射到內存；3. 操作完成后使用munmap()解除映射并close()關閉文件。windows下則通過createfile()、createfilemapping()和mapviewoffile()實現類似功能。內存映射文件的優勢包括高效處理大文件、按需加載和簡化文件操作。潛在陷阱有：文件大小變化可能導致崩潰，以及多進程寫入時的數據競爭問題，需注意同步機制的設計。
內存映射文件，簡單來說，就是把文件的一部分或者全部直接映射到進程的地址空間里。這樣，你就可以像訪問內存一樣訪問文件內容，省去了read/write這類系統調用的開銷，尤其是在處理大文件時，效率提升非常明顯。
內存映射文件在c++中主要通過
文件映射能帶來哪些好處？
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如何在Linux/Unix中使用mmap進行文件映射？
首先，你需要包含頭文件
下面是一個簡單的例子：
#include <iostream> #include <fcntl.h> #include <sys/mman.h> #include <unistd.h> #include <sys/stat.h> int main() { const char* filepath = "example.txt"; int fd = open(filepath, O_RDWR | O_CREAT, 0666); // 打開文件，可讀寫，如果不存在則創建 if (fd == -1) { perror("open"); return 1; } // 假設文件大小為100字節 size_t filesize = 100; ftruncate(fd, filesize); // 調整文件大小 // 將文件映射到內存 void* map_ptr = mmap(nullptr, filesize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHAred, fd, 0); if (map_ptr == MAP_FAILED) { perror("mmap"); close(fd); return 1; } // 現在你可以像訪問內存一樣訪問文件內容 char* data = static_cast<char*>(map_ptr); for (size_t i = 0; i < filesize; ++i) { data[i] = 'A' + (i % 26); // 寫入一些數據 } // 確保將內存中的修改寫回磁盤 if (msync(map_ptr, filesize, MS_SYNC) == -1) { perror("msync"); } // 解除映射 if (munmap(map_ptr, filesize) == -1) { perror("munmap"); } close(fd); return 0; }
這個例子中，mmap() 函數將文件 “example.txt” 映射到進程的地址空間。PROT_READ | PROT_WRITE 指定了映射區域的權限，MAP_SHARED 指定了映射類型。msync() 函數用于將內存中的修改同步到磁盤。
Windows下如何使用CreateFileMapping和MapViewOfFile？
在Windows下，你需要使用 CreateFile(), CreateFileMapping(), 和 MapViewOfFile() 函數。
#include <iostream> #include <windows.h> int main() { const char* filepath = "example.txt"; HANDLE hFile = CreateFile( filepath, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) { std::cerr << "CreateFile failed: " << GetLastError() << std::endl; return 1; } // 假設文件大小為100字節 size_t filesize = 100; LARGE_INTEGER fileSize; fileSize.QuadPart = filesize; HANDLE hFileMapping = CreateFileMapping( hFile, NULL, PAGE_READWRITE, fileSize.HighPart, fileSize.LowPart, NULL); if (hFileMapping == NULL) { std::cerr << "CreateFileMapping failed: " << GetLastError() << std::endl; CloseHandle(hFile); return 1; } LPVOID map_ptr = MapViewOfFile( hFileMapping, FILE_MAP_ALL_Access, 0, 0, filesize); if (map_ptr == NULL) { std::cerr << "MapViewOfFile failed: " << GetLastError() << std::endl; CloseHandle(hFileMapping); CloseHandle(hFile); return 1; } // 現在你可以像訪問內存一樣訪問文件內容 char* data = static_cast<char*>(map_ptr); for (size_t i = 0; i < filesize; ++i) { data[i] = 'A' + (i % 26); // 寫入一些數據 } // 確保將內存中的修改寫回磁盤 FlushViewOfFile(map_ptr, filesize); // 解除映射 UnmapViewOfFile(map_ptr); CloseHandle(hFileMapping); CloseHandle(hFile); return 0; }
這個例子中，CreateFile() 創建或打開文件，CreateFileMapping() 創建文件映射對象，MapViewOfFile() 將文件映射到進程的地址空間。FlushViewOfFile() 用于將內存中的修改同步到磁盤。
使用內存映射文件處理大文件有哪些優勢？
最大的優勢就是性能。避免了頻繁的系統調用，減少了內核態和用戶態之間的數據拷貝。另外，內存映射文件可以讓你處理比物理內存更大的文件，因為操作系統會按需加載文件內容。
如何處理大于可用內存的文件？
內存映射的精髓就在于此。操作系統會負責將文件分成小塊（通常是頁大小），只將需要的塊加載到內存中。當訪問的區域不在內存中時，會觸發一個缺頁中斷，操作系統會負責將對應的文件塊加載到內存。這個過程對用戶是透明的。
內存映射文件有哪些潛在的陷阱？
一個常見的陷阱是文件大小改變的問題。如果文件被其他進程截斷，你的程序可能會崩潰。因此，在使用內存映射文件時，需要小心處理文件大小的變化。另外，多進程同時寫入同一個內存映射文件可能會導致數據競爭，需要使用適當的同步機制。
