Qtアプリが他プロセスへシグナルを送る方法：QLocalSocket・QSharedMemoryで実現するIPC入門

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はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、QtでGUIツールやバックグランドサービスを開発しており、「他のプロセスへ何らかのイベントを即座に伝えたい」と考えているC++開発者を対象にしています。
記事を読むことで、QLocalSocket・QSharedMemory・QSystemSemaphoreを使ったIPC（プロセス間通信）の基本がわかり、シンプルな「通知」から「バイナリデータのやり取り」まで実装できるようになります。Windows/macOS/Linuxのクロスプラットフォーム対応も意識したコードを紹介します。

前提知識

Qt Core・Qt Networkの基本的な知識（信号/スロット、Qtのメモリ管理）
C++11以降のラムダ式とスマートポインタの読み書き
プロセス・スレッドの違いをある程度理解していること

QtでIPCを選ぶ前に知っておくべき3つの選択肢

Qtアプリ同士の連携で最も手軽なのは「Qt自身が提供するIPCクラス」を使うことです。代表的な3つを比較すると：

手法	特徴	レイテンシ	データサイズ	クロスプラットフォーム
QLocalSocket/QLocalServer	名前付きパイプ or ドメインソケット	低〜中	数MBまで	◯
QSharedMemory	共有メモリ	最低	数MB〜数GB	◯（注意点あり）
QSystemSemaphore	セマフォだけ	低	0（通知のみ）	◯

「通知だけならQLocalSocket」「大容量データを高速にやり取りしたいならQSharedMemory」「排他制御だけならQSystemSemaphore」という具合に使い分けます。今回は「通知＋α」を実現するため、QLocalSocketをメインに据えたハイブリッド手法を紹介します。

ステップバイステップで実装するQLocalSocket通知システム

ステップ1：サーバー側（通知を受ける側）を作る

プロジェクトファイル（.pro）にネットワークモジュールを追加します。

Pro

QT += core network
CONFIG += c++17 console
TARGET = notification_server

main.cpp

Cpp

#include <QCoreApplication>
#include <QLocalServer>
#include <QLocalSocket>
#include <QTextStream>
#include <QTimer>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    const QString serverName = "qt_demo_ipc";

    QLocalServer server;
    if (!server.listen(serverName)) {
        // 既存のサーバーが残っている場合は削除してリトライ
        QLocalServer::removeServer(serverName);
        server.listen(serverName);
    }

    QTextStream out(stdout);

    QObject::connect(&server, &QLocalServer::newConnection, [&]() {
        QLocalSocket *client = server.nextPendingConnection();
        out << "Client connected\n";

        QObject::connect(client, &QLocalSocket::readyRead, [client, &out]() {
            QByteArray msg = client->readAll();
            out << "Received: " << msg << Qt::endl;
            // Echo 返しで応答
            client->write("ACK");
        });

        QObject::connect(client, &QLocalSocket::disconnected,
                         client, &QLocalSocket::deleteLater);
    });

    out << "Server listening on " << serverName << Qt::endl;
    return a.exec();
}

ビルドして起動すると、名前付きパイプ/ドメインソケットが qt_demo_ipc として作成されます。

ステップ2：クライアント側（通知を送る側）を作る

クライアントも同じくnetworkモジュールが必要です。

Cpp

#include <QCoreApplication>
#include <QLocalSocket>
#include <QTextStream>
#include <QTimer>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    const QString serverName = "qt_demo_ipc";

    QLocalSocket socket;
    socket.connectToServer(serverName);

    if (!socket.waitForConnected(3000)) {
        qWarning() << "Cannot connect:" << socket.errorString();
        return 1;
    }

    QTextStream out(stdout);
    out << "Connected to server\n";

    // 通知＋任意のバイナリデータを送信
    QByteArray payload("Hello from Qt!");
    socket.write(payload);
    socket.flush();

    // 応答を待つ
    if (socket.waitForReadyRead(3000)) {
        QByteArray resp = socket.readAll();
        out << "Server replied:" << resp << Qt::endl;
    }

    socket.disconnectFromServer();
    return 0;
}

クライアントを起動すると、サーバー側コンソールに

Client connected
Received: Hello from Qt!

と表示され、通知が届いたことがわかります。

ステップ3：QLocalSocketだけだと複雑な通知が書きにくい問題をQDataStreamで解決する

単純な文字列だけなら上記で十分ですが、構造化データを送りたい場合はQDataStreamを使います。

送信側：

Cpp

QByteArray block;
QDataStream out(&block, QIODevice::WriteOnly);
out.setVersion(QDataStream::Qt_5_15); // バージョンは固定しておく
out << quint32(0); // サイズプレースホルダ
out << QString("image") << QImage(":/cat.png");
out.device()->seek(0);
out << quint32(block.size() - sizeof(quint32));
socket.write(block);

受信側：

Cpp

QDataStream in(client);
in.setVersion(QDataStream::Qt_5_15);
quint32 blockSize;
in >> blockSize;
QString type;
in >> type;
if (type == "image") {
    QImage img;
    in >> img;
    emit imageReceived(img);
}

これで、画像や独自構造体を通知として送れます。

ステップ4：QLocalSocket＋QSharedMemoryで大容量データを高速に渡す

QLocalSocketだけで100MB越えの画像を送ると、内部的にコピーが発生し遅くなります。そこで「通知はQLocalSocket、実データはQSharedMemory」というハイブリッドを使います。

サーバー側：

Cpp

// 1. 共有メモリ確保
QSharedMemory shared("qt_demo_shm");
shared.create(100 * 1024 * 1024); // 100MB
shared.lock();
// ...データをコピー...
shared.unlock();

// 2. 通知を送る
QByteArray block;
QDataStream out(&block, QIODevice::WriteOnly);
out << QString("shm") << quint64(shared.size());
socket.write(block);

クライアント側：

Cpp

QDataStream in(socket);
QString type;
quint64 size;
in >> type >> size;

QSharedMemory shared("qt_demo_shm");
shared.attach(QSharedMemory::ReadOnly);
shared.lock();
QByteArray raw((const char*)shared.data(), size);
shared.unlock();

これで、巨大なデータをコピーなしで転送できます。

ハマった点と解決策

1. WindowsでQLocalServerがlistenに失敗する

症状： QLocalServer::listen() が false を返し、エラー文字列に「Access is denied」が出る。
原因： 名前付きパイプが以前の起動時に残ったままです。
解決： 起動時に必ず QLocalServer::removeServer(name) を呼ぶ。macOS/Linuxでは不要ですが、Windowsだけでなく安全側に倒しておくとよいです。

2. QSharedMemoryがクリーンアップされない

症状： アプリがクラッシュした後、次回起動時に create() が失敗する。
解決：
- 開発中は QSharedMemory::attach() して detach() するだけで解放できる。 - 本番では、クライアントが異常終了してもサーバー側で QSharedMemory::setKey("qt_demo_shm"); shared.detach(); してやるとクリーンアップできる。

3. 送信側が複数クライアントから同時に通知しても大丈夫？

QLocalServerは内部的にイベントループで処理されるため、同時接続はキューイングされます。ただし、共有メモリのロックは開発者が管理する必要があるため、次のようなRAIIラッパーを使うと安全です。

Cpp

struct ShmLock {
    QSharedMemory &m;
    explicit ShmLock(QSharedMemory &s) : m(s) { m.lock(); }
    ~ShmLock() { m.unlock(); }
};

まとめ

本記事では、Qtアプリが他プロセスへ通知を送る代表的な3手法（QLocalSocket、QSharedMemory、QSystemSemaphore）を比較し、QLocalSocketを中心としたハイブリッドIPCを実装しました。

QLocalSocket/QLocalServerだけで、通知＋小〜中容量データを簡単に送れる
QDataStreamで構造化データを安全に直列化できる
QSharedMemoryと組み合わせると、大容量データもコピーなしで高速に転送できる

この知識を使えば、Qt製メインウィンドウが別プロセスのバッチ処理を起動・監視したり、マルチプロセスで負荷分散したデスクトップアプリケーションを作ることができます。
次回は、Qt Remote Objects（QtRO）を使ったリモートAPI呼び出しや、WebSocket経由でブラウザと連携する方法を紹介する予定です。

参考資料

Qt Documentation – Inter-Process Communication in Qt https://doc.qt.io/qt-5/ipc.html
Qt Documentation – QLocalSocket https://doc.qt.io/qt-5/qlocalsocket.html
Qt Documentation – QSharedMemory https://doc.qt.io/qt-5/qsharedmemory.html
プロセス間通信パターン&ベストプラクティス（オライリージャパン）

Qtアプリが他プロセスへシグナルを送る方法：QLocalSocket・QSharedMemoryで実現するIPC入門📡