linux socket编程之tcp(实现客户端和服务端消息的发送和接收)

目录

一.创建socket套接字(服务器端)

二.bind将port与端口号进行绑定(服务器端)

2.1填充sockaddr_in结构

2.2bind绑定端口

三.建立连接

四.获取连接

五..进行通信(服务器端)

5.1接收客户端发送的消息

5.2给客户端发送消息

5.3引入多线程

六.客户端通信

6.1创建socket套接字

6.2客户端bind问题

6.3建立连接

6.4进行通信

6.4.1.给服务器发送消息

6.4.2.接受服务器发送的消息

七.效果展示

八.代码展示

 6.1TcpServer.hpp

6.2TcpClient.cc

6.3InetAddr.hpp

6.4LockGuard.hpp

6.5Log.hpp

6.6main.cc

6.7makefile

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一.创建socket套接字(服务器端)

int socket(int domain, int type, int protocol);

domain：选择你要使用的网络层协议 一般是ipv4,也就是AF_INET

type：选择你要使用的应用层协议，这里我们选择tcp,也就是SOCK_STREAM

protocol：这里我们先设置成0

成功返回文件描述符，失败返回-1

_listen_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (_listen_sockfd < 0)
{LOG(FATAL, "socket error");exit(SOCKET_ERROR);
}
LOG(DEBUG, "socket create success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);

二.bind将port与端口号进行绑定(服务器端)

2.1填充sockaddr_in结构

uint16_t htons(uint16_t hostshort);//将端口号从主机序列转成网络序列
in_addr_t inet_addr(const char *cp);//将ip从主机序列转成网络序列 + 字符串风格ip转成点分十进制ip
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//将端口号从网络序列转成主机序列
char *inet_ntoa(struct in_addr in);//将ip从网络序列转成主机序列 + 点分十进制ip转成字符串风格ip

网络通信：struct sockaddr_in

本地通信：sockaddr_un

16位地址类型表明了他们是网络通信还是本地通信 

16位地址类型：sin_family

16位端口号：sin_port

32位ip地址：sin_addr.s_addr

//填充sockaddr_in结构
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;//表明是网络通信
local.sin_port = htons(_port);//将主机序列转成网络序列
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//将字符串类型的点分十进制ip转成四字节ip，并转成网络序列

2.2bind绑定端口

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

sockfd：要绑定的socket套接字的文件描述符

struct sockaddr *：包含ip地址+端口号的结构体(类型不一样需要进行强转)

socklen_t addrlen：sockaddr_in结构体的大小

//bind绑定端口
int n = bind(_listen_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
if (n < 0)
{LOG(FATAL, "bind error");exit(BIND_ERROR);
}
LOG(DEBUG, "bind success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);

三.建立连接

#include <sys/types.h>       
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：要建立连接的socket套接字的文件描述符

backlog: 这个值我们暂时先设置成16,他表示能建立的最多的连接数量

//3.建立连接    tcp是面向连接的，所以通信之前，必须先建立连接。服务器是被连接的
int m = listen(_listen_sockfd, default_backlog);//default_backlog = 16
if (m < 0)
{LOG(FATAL, "listen error");exit(_listen_sockfd);
}
LOG(DEBUG, "listen success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);

四.获取连接

在直接通信之前，我们需要先获取连接

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

sockfd:从哪个listen套接字获取连接

addr:数据来源于哪个客户端

addrlen:addr的类型大小

// 4.获取连接 不能直接接受数据
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
int sockfd = accept(_listen_sockfd, (sockaddr *)&peer, &len);
if (sockfd < 0)
{LOG(WARNING, "accept error\n");continue;
}

五..进行通信(服务器端)

5.1接收客户端发送的消息

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

sockfd：获取连接时得到的socket套接字的文件描述符

buf：缓存区

len：缓存区的大小，单位是字节

flags：暂时设置为0

//5.1接受客户端发送的消息
char inbuffer[1024];
ssize_t n = recv(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1,0);

5.2给客户端发送消息

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

sockfd：套接字的文件描述符

buf：缓存区

len：缓存区的大小，单位是字节

flags：设置为0

//5.2给客户端发送消息
send(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size(),0);

5.3引入多线程

class ThreadData
{
public:ThreadData(int fd, InetAddr addr, TcpServer *s):sockfd(fd), clientaddr(addr), self(s){}
public:int sockfd;InetAddr clientaddr;TcpServer *self;
};static void *HandlerSock(void *args)
{pthread_detach(pthread_self());ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);td->self->Service(td->sockfd, td->clientaddr);delete td;return nullptr;
}//采用多线程
pthread_t t;
ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, InetAddr(peer), this);
pthread_create(&t, nullptr, HandlerSock, td); //将线程分离

六.客户端通信

6.1创建socket套接字

//1.创建socket套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

6.2客户端bind问题

客户端不需要显示的bind，os会自动帮你绑定端口号！！！

试想一下，你的手机上有抖音和微信两个客户端小程序，如果抖音客户端bind了8080这个端口，微信也想要bind 8888这个端口，那么这时候就会出现一个问题，一个端口号被两个进程竞争！！！结果就是，抖音和微信不可能同时启动。

所以解决方法就是：tcp client建立连接的时候，OS会自己自动随机的给client进行bind

6.3建立连接

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

sockfd:socket套接字的文件描述符

addr:携带客户端信息的结构体

addrlen:结构体的大小

    //2.建立连接struct sockaddr_in server;// 构建目标主机的socket信息memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(serverport);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());int n = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));

6.4进行通信

6.4.1.给服务器发送消息

//3.给服务器发送消息
ssize_t s = send(sockfd, outstring.c_str(), outstring.size(), 0);

6.4.2.接受服务器发送的消息

//接受服务器发送的消息
ssize_t m = recv(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer)-1, 0);
if(m > 0)
{inbuffer[m] = 0;std::cout << inbuffer<< std::endl;
}

七.效果展示

八.代码展示

 6.1TcpServer.hpp

用来进行tcp服务端通信

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>#include "InetAddr.hpp"
#include "Log.hpp"enum
{SOCKET_ERROR = 1, // 创建套接字失败BIND_ERROR,       // bind绑定端口失败_listen_sockfd,   //创建listen_sockfd失败USAGE_ERROR       // 启动udp服务失败
};int default_listen_sockfd = -1;
int default_backlog = 16;
class TcpServer;class ThreadData
{
public:ThreadData(int fd, InetAddr addr, TcpServer *s):sockfd(fd), clientaddr(addr), self(s){}
public:int sockfd;InetAddr clientaddr;TcpServer *self;
};class TcpServer
{
public:TcpServer(uint16_t port) : _port(port), _listen_sockfd(default_listen_sockfd){}void Init(){// 1.创建socket套接字_listen_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (_listen_sockfd < 0){LOG(FATAL, "socket error");exit(SOCKET_ERROR);}LOG(DEBUG, "socket create success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);// 2.bind将套接字和端口号进行绑定// 填充sockaddr_in结构struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;                   // 表明是网络通信local.sin_port = htons(_port);                // 将主机序列转成网络序列local.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); // 将字符串类型的点分十进制ip转成四字节ip，并转成网络序列// bind绑定端口int n = bind(_listen_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(FATAL, "bind error");exit(BIND_ERROR);}LOG(DEBUG, "bind success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);// 3.建立连接    tcp是面向连接的，所以通信之前，必须先建立连接。服务器是被连接的int m = listen(_listen_sockfd, default_backlog); // default_backlog = 16if (m < 0){LOG(FATAL, "listen error");exit(_listen_sockfd);}LOG(DEBUG, "listen success, sockfd is : %d\n", _listen_sockfd);}void Service(int sockfd, InetAddr client){LOG(DEBUG, "get a new link, info %s:%d, fd : %d\n", client.Ip().c_str(), client.Port(), sockfd);std::string clientaddr = "[" + client.Ip() + ":" + std::to_string(client.Port()) + "]# ";while (true){char inbuffer[1024];ssize_t n = read(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);if (n > 0){inbuffer[n] = 0;std::cout << clientaddr << inbuffer << std::endl;std::string echo_string = "[server echo]# ";echo_string += inbuffer;write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());}else if (n == 0){// client 退出&&关闭连接了LOG(INFO, "%s quit\n", clientaddr.c_str());break;}else{LOG(ERROR, "read error\n", clientaddr.c_str());break;}}std::cout << "server开始退出" << std::endl;sleep(10);close(sockfd); // 文件描述符泄漏}static void *HandlerSock(void *args){pthread_detach(pthread_self());ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);td->self->Service(td->sockfd, td->clientaddr);delete td;return nullptr;}void Stat(){while (true){// 4.获取连接 不能直接接受数据struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int sockfd = accept(_listen_sockfd, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (sockfd < 0){LOG(WARNING, "accept error\n");continue;}//采用多线程pthread_t t;ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, InetAddr(peer), this);pthread_create(&t, nullptr, HandlerSock, td); //将线程分离}}~TcpServer(){}private:uint16_t _port;int _listen_sockfd;
};

6.2TcpClient.cc

用来进行tcp客户端通信

#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " serverip serverport\n"<< std::endl;
}// ./tcp_client serverip serverport
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){Usage(argv[0]);exit(1);}std::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);//1.创建socket套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;exit(2);}// tcp client 要bind，不要显示的bind.//2.建立连接struct sockaddr_in server;// 构建目标主机的socket信息memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(serverport);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());int n = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if (n < 0){std::cerr << "connect error" << std::endl;exit(3);}while(true){std::cout << "Please Enter# ";std::string outstring;std::getline(std::cin, outstring);//3.给服务器发送消息ssize_t s = send(sockfd, outstring.c_str(), outstring.size(), 0); //writeif(s > 0){char inbuffer[1024];//接受服务器发送的消息ssize_t m = recv(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer)-1, 0);if(m > 0){inbuffer[m] = 0;std::cout << inbuffer<< std::endl;}else{break;}}else{break;}}close(sockfd);//防止文件描述符泄漏return 0;
}

6.3InetAddr.hpp

用来解析request中包含的对方主机的ip地址和prot端口号

#pragma once#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>class InetAddr
{
private:void GetAddress(std::string *ip, uint16_t *port){*port = ntohs(_addr.sin_port);*ip = inet_ntoa(_addr.sin_addr);}public:InetAddr(const struct sockaddr_in &addr) : _addr(addr){GetAddress(&_ip, &_port);}std::string Ip(){return _ip;}uint16_t Port(){return _port;}~InetAddr(){}private:struct sockaddr_in _addr;std::string _ip;uint16_t _port;
};

6.4LockGuard.hpp

用来对日志信息进行加锁操作

#include <iostream>
#include <pthread.h>class LockGuard
{
public:LockGuard(pthread_mutex_t *mutex):_mutex(mutex){pthread_mutex_lock(_mutex); // 构造加锁}~LockGuard(){pthread_mutex_unlock(_mutex);// 析构释放锁}
private:pthread_mutex_t *_mutex;
};

6.5Log.hpp

用来打印日志信息

#pragma once
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdarg.h>
#include <fstream>#include "LockGuard.hpp"bool IsSave = false;//是否向文件中写入
const std::string logname = "log.txt";//日志信息写入的文件路径// 日志是有等级的
enum Level
{DEBUG = 0,INFO,WARNING,ERROR,FATAL
};// 将日志的登记由整形转换为字符串
std::string LevelToString(int level)
{switch (level){case DEBUG:return "Debug";case INFO:return "Info";case WARNING:return "Warning";case ERROR:return "Error";case FATAL:return "Fatal";default:return "Unknown";}
}// 获取时间
std::string GetTimeString()
{time_t curr_time = time(nullptr);struct tm *format_time = localtime(&curr_time);if (format_time == nullptr)return "None"; // 没有获取成功char time_buffer[1024];snprintf(time_buffer, sizeof(time_buffer), "%d-%d-%d %d:%d:%d",format_time->tm_year + 1900, // 这里的year是减去1900之后的值，需要加上1900format_time->tm_mon + 1,     // 这里的mon是介于0-11之间的，需要加上1format_time->tm_mday,format_time->tm_hour,format_time->tm_min,format_time->tm_sec);return time_buffer;
}//将日志信息写入到文件中
void SaveFile(const std::string &filename, const std::string &message)
{std::ofstream out(filename, std::ios::app);if (!out.is_open()){return;}out << message;out.close();
}pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//定义锁 支持多线程
// 日志是有格式的
// 日志等级 时间 代码所在的文件名/行数 日志的内容
void LogMessage(std::string filename, int line, bool issave, int level, const char *format, ...)
{std::string levelstr = LevelToString(level);std::string timestr = GetTimeString();pid_t selfid = getpid();char buffer[1024];va_list arg;//定义一个void* 指针va_start(arg, format);//初始化指针，将指针指向可变参数列表开始的位置vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, arg);//将可变参数列表写入到buffer中va_end(arg);//将指针置空std::string message = "[" + timestr + "]" + "[" + levelstr + "]" +"[" + std::to_string(selfid) + "]" +"[" + filename + "]" + "[" + std::to_string(line) + "] " + buffer + "\n";LockGuard lockguard(&lock);if (!issave){std::cout << message;//将日志信息打印到显示器中}else{SaveFile(logname, message);//将日志信息写入到文件}
}// C99新特性__VA_ARGS__
#define LOG(level, format, ...)  do{ LogMessage(__FILE__, __LINE__,IsSave,level, format, ##__VA_ARGS__); }while(0)
#define EnableFile()    do{ IsSave = true; }while(0)
#define EnableScreen()  do{ IsSave = false; }while(0) 

6.6main.cc

主函数

#include <iostream>
#include <memory>
#include "TcpServer.hpp"void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " local_port\n" << std::endl;
}// ./udpserver port
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc != 2){Usage(argv[0]);exit(USAGE_ERROR);}EnableScreen();uint16_t port = std::stoi(argv[1]);std::unique_ptr<TcpServer> usvr = std::make_unique<TcpServer>(port);usvr->Init();usvr->Stat();return 0;
}

6.7makefile

.PHONY:all
all:tcpserver tcpclient
tcpclient:TcpClient.ccg++ -o tcpclient TcpClient.cc -std=c++14 
tcpserver:main.ccg++ -o tcpserver main.cc -std=c++14 -lpthread
.PHONY:clean
clean:rm -f tcpserver tcpclient