【Linux网络编程】第四弹---构建UDP服务器与字典翻译系统：源码结构与关键组件解析

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目录

1、UdpServer.hpp

1.1、函数对象声明

1.2、Server类基本结构

1.3、构造函数

1.4、Start()

2、Dict.hpp

2.1、基本结构

2.2、加载字典文件

2.3、构造函数

2.4、翻译函数

2.5、dict.txt

3、UdpServerMain.cc

4、完整源码

4.1、Dict.hpp

4.2、dict.txt

4.3、InetAddr.hpp

4.4、LockGuard.hpp

4.5、Log.hpp

4.6、Makefile

4.7、nocopy.hpp

4.8、UdpClientMain.cc

4.9、UdpServerMain.cc

---

上一弹我们能够完成客户端与服务端的正常通信，但是我们在实际生活中不仅仅是要进行通信，还需要完成某种功能，此弹实现一个英文翻译成中文版服务端！！

注意：此弹内容的实现是在上一弹的原始代码基础上修改的！！

1、UdpServer.hpp

Server类的基本实现没变，但是要增加实现中英文翻译成中文功能的执行函数(即函数类型成员变量)，并适当调整构造函数和启动函数！！！

1.1、函数对象声明

此处需要实现一个英文翻译成中文的执行函数，因此函数参数是一个字符串，返回值也是一个字符串！！！

// 声明函数对象
using func_t = std::function<std::string(std::string)>;

1.2、Server类基本结构

基本结构与上一弹的Server类基本一致，只增加了函数对象类型！！！

class UdpServer : public nocopy
{
public:UdpServer(func_t func,uint16_t localport = glocalport);void InitServer();void Start();~UdpServer();
private:int _sockfd;          // 文件描述符uint16_t _localport;  // 端口号bool _isrunning;func_t _func; // 执行相应函数
};

1.3、构造函数

 构造函数只需增加一个函数对象参数，初始化列表初始化变量即可！！！

UdpServer(func_t func,uint16_t localport = glocalport): _func(func), _sockfd(gsockfd), _localport(localport), _isrunning(false)
{
}

1.4、Start()

上一弹的Start()函数是先接收客户端的消息，然后将客户端的消息发送回去；此弹是接收客户端的英文单词，然后服务端翻译成中文，然后将中文发送回去！！！

void Start()
{_isrunning = true;char inbuffer[1024];while (_isrunning){// sleep(1);struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 接收客户端的英文单词ssize_t n = recvfrom(_sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (n > 0){InetAddr addr(peer);inbuffer[n] = 0;// 一个一个的单词std::cout << "[" << addr.Ip() << ":" << addr.Port() << "]# " << inbuffer << std::endl;std::string result = _func(inbuffer); // 执行翻译功能// 将翻译的中文结果发回客户端sendto(_sockfd,result.c_str(),result.size(),0,(struct sockaddr *)&peer,len);}}
}

2、Dict.hpp

Dict类执行加载字典文件和执行翻译的功能！！

2.1、基本结构

Dict成员包含一个存储字典的KV结构和一个文件路径！

class Dict
{
private:// 加载字典文件void LoadDict(const std::string& path);
public:// 构造Dict(const std::string& dict_path);// 英语翻译为中文std::string Translate(std::string word);~Dict(){}
private:std::unordered_map<std::string, std::string> _dict; // 字典结构std::string _dict_path;                             // 文件路径
};

2.2、加载字典文件

注意：此处的字典文件是以冒号 + 空格来分割英文与中文的！

加载字典文件的本质是以KV的形式将英文单词和中文翻译插入到_dict哈希表中！

 加载文件包含3个大的步骤：

• 1、读方式打开文件
• 2、按行读取内容[需要考虑中间有空格情况，一行中没找到分隔符情况]
• 3、关闭文件

const static std::string sep = ": "; // 分隔符 冒号+空格// 加载字典文件
void LoadDict(const std::string &path)
{// 1.读方式打开文件std::ifstream in(path);// 判断是否打开成功if (!in.is_open()){LOG(FATAL, "open %s failed\n", path.c_str());exit(1);}std::string line;// 2.按行读取内容while (std::getline(in, line)){LOG(DEBUG, "load info : %s ,success\n", line.c_str());if (line.empty())continue; // 中间有空格情况auto pos = line.find(sep); // 使用find找到分割符位置，返回迭代器位置if (pos == std::string::npos)continue; // 一行中没找到分隔符// apple: 苹果std::string key = line.substr(0, pos); // [) 前闭后开if (key.empty())continue;std::string value = line.substr(pos + sep.size()); // 从pos + 分隔符长度开始到结尾if (value.empty())continue;_dict.insert(std::make_pair(key, value));}LOG(INFO, "load %s done\n", path.c_str());in.close(); // 3.关闭文件
}

2.3、构造函数

构造函数初始化字典文件和加载字典文件(将字典文件以KV格式插入到_dict中)。

// 构造
Dict(const std::string &dict_path) : _dict_path(dict_path)
{LoadDict(_dict_path);
}

2.4、翻译函数

翻译函数即在_dict中查找是否有该单词，有该单词则返回_dict的value值(没找到返回None)！

// 英语翻译为中文
std::string Translate(std::string word)
{if (word.empty())return "None";auto iter = _dict.find(word);if (iter == _dict.end())return "None";elsereturn iter->second;
}

2.5、dict.txt

dict.txt文件存储对应的英文单词和翻译结果！

apple: 苹果
banana: 香蕉
cat: 猫
dog: 狗
book: 书
pen: 笔
happy: 快乐的
sad: 悲伤的
run: 跑
jump: 跳
teacher: 老师
student: 学生
car: 汽车
bus: 公交车
love: 爱
hate: 恨
hello: 你好
goodbye: 再见
summer: 夏天
winter: 冬天

3、UdpServerMain.cc

服务端主函数基本结构没变，但是构造指针对象时需要传递翻译函数对象，但是这个函数对象的参数是字符串类型，返回值是字符串类型，而Dict类中的翻译函数有this指针，因此我们需要使用bind()绑定函数！

// .udp_client local-port
// .udp_client 8888
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << "  server-port" << std::endl;exit(0);}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);EnableScreen();Dict dict("./dict.txt");                                                      // 构造字典类func_t translate = std::bind(&Dict::Translate, &dict, std::placeholders::_1); // 绑定翻译函数std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(translate, port); // C++14标准usvr->InitServer();usvr->Start();return 0;
}

运行结果 

4、完整源码

4.1、Dict.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include "Log.hpp"using namespace log_ns;const static std::string sep = ": "; // 分隔符 冒号+空格class Dict
{
private:// 加载字典文件void LoadDict(const std::string &path){// 1.读方式打开文件std::ifstream in(path);// 判断是否打开成功if (!in.is_open()){LOG(FATAL, "open %s failed\n", path.c_str());exit(1);}std::string line;// 2.按行读取内容while (std::getline(in, line)){LOG(DEBUG, "load info : %s ,success\n", line.c_str());if (line.empty())continue; // 中间有空格情况auto pos = line.find(sep); // 使用find找到分割符位置，返回迭代器位置if (pos == std::string::npos)continue; // 一行中没找到分隔符// apple: 苹果std::string key = line.substr(0, pos); // [) 前闭后开if (key.empty())continue;std::string value = line.substr(pos + sep.size()); // 从pos + 分隔符长度开始到结尾if (value.empty())continue;_dict.insert(std::make_pair(key, value));}LOG(INFO, "load %s done\n", path.c_str());in.close(); // 3.关闭文件}public:// 构造Dict(const std::string &dict_path) : _dict_path(dict_path){LoadDict(_dict_path);}// 英语翻译为中文std::string Translate(std::string word){if (word.empty())return "None";auto iter = _dict.find(word);if (iter == _dict.end())return "None";elsereturn iter->second;}~Dict(){}private:std::unordered_map<std::string, std::string> _dict; // 字典结构std::string _dict_path;                             // 文件路径
};

4.2、dict.txt

apple: 苹果
banana: 香蕉
cat: 猫
dog: 狗
book: 书
pen: 笔
happy: 快乐的
sad: 悲伤的
run: 跑
jump: 跳
teacher: 老师
student: 学生
car: 汽车
bus: 公交车
love: 爱
hate: 恨
hello: 你好
goodbye: 再见
summer: 夏天
winter: 冬天

4.3、InetAddr.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>class InetAddr
{
private:// 网络地址转本地地址 void ToHost(const struct sockaddr_in& addr) {_port = ntohs(addr.sin_port); // 网络转主机_ip = inet_ntoa(addr.sin_addr); // 结构化转字符串}
public:InetAddr(const struct sockaddr_in& addr):_addr(addr){ToHost(addr);}std::string Ip(){return _ip;}uint16_t Port(){return _port;}~InetAddr(){}
private:std::string _ip;uint16_t _port;struct sockaddr_in _addr;
};

4.4、LockGuard.hpp

#pragma once 
#include <pthread.h>class LockGuard
{
public:LockGuard(pthread_mutex_t* mutex):_mutex(mutex){pthread_mutex_lock(_mutex);}~LockGuard(){pthread_mutex_unlock(_mutex);}
private:pthread_mutex_t* _mutex;
};

4.5、Log.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <fstream>
#include <ctime>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdarg.h>
#include <pthread.h>
#include "LockGuard.hpp"namespace log_ns
{// 日志等级enum{DEBUG = 1,INFO,WARNING,ERROR,FATAL};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 "UNKNOW";}}std::string GetCurrTime(){time_t now = time(nullptr); // 时间戳struct tm *curr_time = localtime(&now);char buffer[128];snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",curr_time->tm_year + 1900,curr_time->tm_mon + 1,curr_time->tm_mday,curr_time->tm_hour,curr_time->tm_min,curr_time->tm_sec);return buffer;}class logmessage{public:std::string _level;        // 日志等级pid_t _id;                 // pidstd::string _filename;     // 文件名int _filenumber;           // 文件行号std::string _curr_time;    // 当前时间std::string _message_info; // 日志内容};#define SCREEN_TYPE 1
#define FILE_TYPE 2const std::string glogfile = "./log.txt";pthread_mutex_t glock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// log.logMessage(""/*文件名*/,12/*文件行号*/,INFO/*日志等级*/,"this is a %d message,%f,%s,hello world"/*日志内容*/,x,,);class Log{public:// 默认向显示器打印Log(const std::string &logfile = glogfile) : _logfile(logfile), _type(SCREEN_TYPE){}// 打印方式void Enable(int type){_type = type;}// 向屏幕打印void FlushToScreen(const logmessage &lg){printf("[%s][%d][%s][%d][%s] %s",lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._curr_time.c_str(),lg._message_info.c_str());}// 向文件打印void FlushToFile(const logmessage &lg){std::ofstream out(_logfile, std::ios::app); // 追加打开文件if (!out.is_open())return; // 打开失败直接返回char logtxt[2048];snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "[%s][%d][%s][%d][%s] %s",lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._curr_time.c_str(),lg._message_info.c_str());out.write(logtxt, strlen(logtxt)); // 写文件out.close();                       // 关闭文件}// 刷新日志void FlushLog(const logmessage &lg){// 加过滤逻辑 --- TODO// ...LockGuard lockguard(&glock); // RAII锁switch (_type){case SCREEN_TYPE:FlushToScreen(lg);break;case FILE_TYPE:FlushToFile(lg);break;}}// ... 可变参数(C语言)// 初始化日志信息void logMessage(std::string filename, int filenumber, int level, const char *format, ...){logmessage lg;lg._level = LevelToString(level);lg._id = getpid();lg._filename = filename;lg._filenumber = filenumber;lg._curr_time = GetCurrTime();va_list ap;           // va_list-> char*指针va_start(ap, format); // 初始化一个va_list类型的变量char log_info[1024];vsnprintf(log_info, sizeof(log_info), format, ap);va_end(ap); // 释放由va_start宏初始化的va_list资源lg._message_info = log_info;// std::cout << lg._message_info << std::endl; // 测试// 日志打印出来(显示器/文件)FlushLog(lg);}~Log(){}private:int _type;            // 打印方式std::string _logfile; // 文件名};Log lg;
// 打印日志封装成宏，使用函数方式调用
#define LOG(Level, Format, ...)                                          \do                                                                   \{                                                                    \lg.logMessage(__FILE__, __LINE__, Level, Format, ##__VA_ARGS__); \} while (0)
// 设置打印方式，使用函数方式调用
#define EnableScreen()          \do                          \{                           \lg.Enable(SCREEN_TYPE); \} while (0)
// 设置打印方式，使用函数方式调用
#define EnableFile()          \do                        \{                         \lg.Enable(FILE_TYPE); \} while (0)}

4.6、Makefile

.PHONY:all
all:udpserver udpclientudpserver:UdpServerMain.ccg++ -o $@ $^ -std=c++14udpclient:UdpClientMain.ccg++ -o $@ $^ -std=c++14.PHONY:clean 
clean:rm -rf udpserver udpclient

4.7、nocopy.hpp

#pragma onceclass nocopy
{
public:nocopy(){}~nocopy(){}nocopy(const nocopy&) = delete;const nocopy& operator=(const nocopy&) = delete;
};

4.8、UdpClientMain.cc

#include "UdpServer.hpp"
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>// 客户端在未来一定要知道服务器的IP地址和端口号
// .udp_client server-ip server-port
// .udp_client 127.0.0.1 8888
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server-ip server-port" << std::endl;exit(0);}std::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);// 1.创建套接字int sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){std::cerr << "create socket eror\n"<< std::endl;exit(1);}// client的端口号，一般不让用户自己设定，而是让client 所在OS随机选择？怎么选择？什么时候？// client 需要bind它自己的IP和端口，但是client 不需要 "显示" bind它自己的IP和端口// client 在首次向服务器发送数据的时候，OS会自动给client bind它自己的IP和端口struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(serverport); // 转换重要！！！server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());while (true){std::string line;std::cout << "Please Enter# ";std::getline(std::cin, line); // 以行读取消息// 发消息，你要知道发送给谁int n = sendto(sockfd, line.c_str(), line.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if(n > 0){// 收消息struct sockaddr_in temp;socklen_t len = sizeof(temp);char buffer[1024];int m = recvfrom(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&temp,&len);if(m > 0){buffer[m] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}else{break;}}else{break;}}// 关闭套接字::close(sockfd);return 0;
}

4.9、UdpServerMain.cc

#include "UdpServer.hpp"
#include "Dict.hpp"
#include <memory>// .udp_client local-port
// .udp_client 8888
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << "  server-port" << std::endl;exit(0);}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);EnableScreen();Dict dict("./dict.txt");                                                      // 构造字典类func_t translate = std::bind(&Dict::Translate, &dict, std::placeholders::_1); // 绑定翻译函数std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(translate, port); // C++14标准usvr->InitServer();usvr->Start();return 0;
}