目录
一、服务端TcpServer
1、tcp_server.hpp
2、tcp_server.cc
二、客户端TcpClient
tcp_client.cc
三、服务器和客户端进行通信
四、完整代码
一、服务端TcpServer
首先我们需要对服务端进行封装。我们需要的成员变量有IP地址，端口号port，以及监听套接字listensock。Tcp服务器实现的一般步骤就是：创建套接字，进行绑定，监听等待连接，获取连接，开始通信服务。下面我们一一讲解。
1、tcp_server.hpp
第一步，创建套接字使用的函数和UDP完全一样，只不过我们需要把socket的第二个参数由基于数据报的SOCK_DGRAM 更改为基于字节流式的SOCK_STREAM，SOCK_STREAM提供的就是一个有序的、可靠的、全双工的、基于连接的流式服务。其他参数和后续步骤完全一样。
第二步，进行绑定时使用的bind函数及其参数设置与UDP完全一样。
第三步，TCP和UDP不一样的地方就是这里了。前面我们知道UDP不是面向连接的，而TCP是面向连接的，所以服务器和客户端之间需要建立连接。而服务器首先需要做的就是进行监听，等待客户端的连接。需要使用listen函数。
NAME
listen - listen for connections on a socket
SYNOPSIS
#include
#include
int listen(int sockfd, int backlog);
参数说明：
sockfd：需要设置为监听状态的套接字对应的文件描述符。
backlog：全连接队列的最大长度。如果有多个客户端同时发来连接请求，此时未被服务器处理的连接就会放入连接队列，该参数代表的就是这个全连接队列的最大长度，一般不要设置太大，设置为5或10即可。
返回值：监听成功返回0，监听失败返回-1，同时错误码会被设置。
以上三步就是服务器的初始化。
第四步，TCP服务器初始化后就可以开始运行了，但TCP服务器在与客户端进行网络通信之前，服务器需要先获取到客户端的连接请求。我们需要使用accept函数。
NAME
accept, accept4 - accept a connection on a socket
SYNOPSIS
#include
#include
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数说明：
sockfd：特定的监听套接字，表示从该监听套接字中获取连接。
addr：对端网络相关的属性信息，包括协议家族、IP地址、端口号等。
addrlen：调用时传入期望读取的addr结构体的长度，返回时代表实际读取到的addr结构体的长度，这是一个输入输出型参数。
返回值：获取连接成功返回接收到的套接字的文件描述符，获取连接失败返回-1，同时错误码会被设置。
注意：为什么获取连接成功了还要返回一个新的套接字呢？
类里面的监听套接字：用于获取客户端发来的连接请求。accept函数会不断从监听套接字当中获取新连接。 accept函数返回的套接字：用于为本次accept获取到的连接提供服务。
所以说，监听套接字的任务只是不断获取新连接，而真正为这些连接提供服务的套接字是accept函数返回的套接字，而不是监听套接字。
第五步，我们只要获取到客户端的连接，就可以对客户端进行服务了。
2、tcp_server.cc
与UDP相同，我们需要创建TCP服务器对象，然后对其进行初始化，然后运行。我们也是只需要绑定端口号即可。
二、客户端TcpClient
tcp_client.cc
作为TCP客户端，首先也是需要创建套接字。然后向服务器发起连接，最后就可以开始通信了。和UDP一样，客户端不需要绑定端口号。
客户端向服务器发起连接需要使用connect函数。
NAME
connect - initiate a connection on a socket
SYNOPSIS
#include
#include
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
参数说明：
sockfd：特定的套接字，表示通过该套接字发起连接请求。
addr：对端网络相关的属性信息，包括协议家族、IP地址、端口号等。
addrlen：传入的addr结构体的长度。
返回值：连接或绑定成功返回0，连接失败返回-1，同时错误码会被设置。
三、服务器和客户端进行通信
首先，我们要知道：对于TCP服务器和客户端，我们也可以使用write函数和read函数进行消息的读取和发送。
我们先写一个服务，实现客户端给服务器发送什么消息，服务器就返回什么消息。
我们先写一个单进程版本的服务。tcp_server.hpp：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static int gmv = 20;
static void service(int sock, const std::string &clientip, const uint16_t &clientport)
{
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s < 0)
{
std::cout << "接收信息失败！" << std::endl;
break;
}
else if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << clientip << ":" << clientport << std::endl;
}
else
{
std::cout << "客户端关闭！" << std::endl;
break;
}
write(sock, buffer, strlen(buffer));
}
}
class TcpServer
{
public:
TcpServer(const uint16_t port, const std::string &ip = "") : listensock_(-1), ip_(ip), port_(port)
{
}
void initTcpServer()
{
// 1.创建套接字
listensock_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listensock_ < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 2.进行绑定
struct sockaddr_in src_server;
bzero(&src_server, sizeof(src_server));
src_server.sin_family = AF_INET;
src_server.sin_port = htons(port_);
inet_pton(AF_INET, ip_.c_str(), &src_server);
socklen_t len = sizeof(src_server);
if (bind(listensock_, (struct sockaddr *)&src_server, len) < 0)
{
std::cout << "绑定失败！" << std::endl;
exit(1);
}
// 3.开始监听,等待连接
if (listen(listensock_, gmv) < 0)
{
std::cout << "监听失败！" << std::endl;
exit(2);
}
std::cout << "服务器初始化成功！" << std::endl;
}
void start()
{
//signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
while (true)
{
// 4.获取链接
struct sockaddr_in client_sock;
socklen_t len = sizeof(client_sock);
int serversock = accept(listensock_, (struct sockaddr *)&client_sock, &len);
if (serversock < 0)
{
std::cout << "获取链接失败！" << std::endl;
exit(3);
}
// 5.开始通信服务
uint16_t client_port = ntohs(client_sock.sin_port);
std::string client_ip = inet_ntoa(client_sock.sin_addr);
std::cout << "[" << client_port << "-" << client_ip << "]" << std::endl;
//version 1：单进程版服务————服务器一次只能处理一个客户端，只有处理完一个，才能处理下一个
service(serversock, client_ip, client_port);
}
}
~TcpServer()
{
close(listensock_);
}
private:
int listensock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
结果：
上面的结果没有什么问题，那么，如果我们同时有两个客户端访问服务器，会发生什么呢？
因为我们目前所写的是一个单执行流版的服务器，这个服务器一次只能为一个客户端提供服务。所以我们发现，当其中一个客户端在和服务器进行通信的时候，另一个客户端并不能与服务器通信，也就是说服务器在某一时刻只能向一个客户端提供服务，只有对一个客户端提供服务完成后，才能对下一个服务器提供服务。
很显然，这种提供服务的方式是不符合实际的，一个服务器应该要能够同时给多个客户端提供服务。所以我们需要改进代码。
多进程服务版本：既然单进程不符合实际，那么我们最先想到的就是使用多进程——创建子进程给新的连接提供服务，父进程去继续获取新的连接。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static int gmv = 20;
static void service(int sock, const std::string &clientip, const uint16_t &clientport)
{
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s < 0)
{
std::cout << "接收信息失败！" << std::endl;
break;
}
else if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << clientip << ":" << clientport << std::endl;
}
else
{
std::cout << "客户端关闭！" << std::endl;
break;
}
write(sock, buffer, strlen(buffer));
}
}
class TcpServer
{
public:
TcpServer(const uint16_t port, const std::string &ip = "") : listensock_(-1), ip_(ip), port_(port)
{
}
void initTcpServer()
{
// 1.创建套接字
listensock_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listensock_ < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 2.进行绑定
struct sockaddr_in src_server;
bzero(&src_server, sizeof(src_server));
src_server.sin_family = AF_INET;
src_server.sin_port = htons(port_);
inet_pton(AF_INET, ip_.c_str(), &src_server);
socklen_t len = sizeof(src_server);
if (bind(listensock_, (struct sockaddr *)&src_server, len) < 0)
{
std::cout << "绑定失败！" << std::endl;
exit(1);
}
// 3.开始监听,等待连接
if (listen(listensock_, gmv) < 0)
{
std::cout << "监听失败！" << std::endl;
exit(2);
}
std::cout << "服务器初始化成功！" << std::endl;
}
void start()
{
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
while (true)
{
// 4.获取链接
struct sockaddr_in client_sock;
socklen_t len = sizeof(client_sock);
int serversock = accept(listensock_, (struct sockaddr *)&client_sock, &len);
if (serversock < 0)
{
std::cout << "获取链接失败！" << std::endl;
exit(3);
}
// 5.开始通信服务
uint16_t client_port = ntohs(client_sock.sin_port);
std::string client_ip = inet_ntoa(client_sock.sin_addr);
std::cout << "[" << client_port << "-" << client_ip << "]" << std::endl;
// version 2.0：多进程版本——创建子进程给新的连接提供服务，父进程去继续获取新的连接
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if (id == 0)
{
// child 并且注意僵尸状态
// child会继承父进程打开的文件及其fd，子进程不需要进行监听的套接字，关闭
close(listensock_);
//子进程只需要给连接客户端提供服务的套接字
service(serversock, client_ip, client_port);
exit(0);
}
close(serversock);
}
}
~TcpServer()
{
close(listensock_);
}
private:
int listensock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
结果：
这种方法可以解决问题。
当然，我们还有如下的多进程版本：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static int gmv = 20;
static void service(int sock, const std::string &clientip, const uint16_t &clientport)
{
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s < 0)
{
std::cout << "接收信息失败！" << std::endl;
break;
}
else if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << clientip << ":" << clientport << std::endl;
}
else
{
std::cout << "客户端关闭！" << std::endl;
break;
}
write(sock, buffer, strlen(buffer));
}
}
class TcpServer
{
public:
TcpServer(const uint16_t port, const std::string &ip = "") : listensock_(-1), ip_(ip), port_(port)
{
}
void initTcpServer()
{
// 1.创建套接字
listensock_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listensock_ < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 2.进行绑定
struct sockaddr_in src_server;
bzero(&src_server, sizeof(src_server));
src_server.sin_family = AF_INET;
src_server.sin_port = htons(port_);
inet_pton(AF_INET, ip_.c_str(), &src_server);
socklen_t len = sizeof(src_server);
if (bind(listensock_, (struct sockaddr *)&src_server, len) < 0)
{
std::cout << "绑定失败！" << std::endl;
exit(1);
}
// 3.开始监听,等待连接
if (listen(listensock_, gmv) < 0)
{
std::cout << "监听失败！" << std::endl;
exit(2);
}
std::cout << "服务器初始化成功！" << std::endl;
}
void start()
{
while (true)
{
// 4.获取链接
struct sockaddr_in client_sock;
socklen_t len = sizeof(client_sock);
int serversock = accept(listensock_, (struct sockaddr *)&client_sock, &len);
if (serversock < 0)
{
std::cout << "获取链接失败！" << std::endl;
exit(3);
}
// 5.开始通信服务
uint16_t client_port = ntohs(client_sock.sin_port);
std::string client_ip = inet_ntoa(client_sock.sin_addr);
std::cout << "[" << client_port << "-" << client_ip << "]" << std::endl;
// version 2.1:多进程版
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
// 子进程
if (fork() > 0)
exit(0);
// 孙子进程
close(listensock_);
service(serversock, client_ip, client_port);
}
// 父进程
waitpid(pid, nullptr, 0);
close(serversock);
}
}
~TcpServer()
{
close(listensock_);
}
private:
int listensock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
我们让子进程创建完孙子进程后立刻退出，此时服务进程（父进程）调用wait/waitpid函数等待子进程就能立刻等待成功，此后服务进程就能继续调用accept函数获取其他客户端的连接请求。
而由于子进程退出，孙子进程就变成孤儿进程，被os领养，最后由os自动回收。
结果：
多线程版本：我们还可以创建新的线程去对客户端进行服务，让主线程继续获取连接：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static int gmv = 20;
static void service(int sock, const std::string &clientip, const uint16_t &clientport)
{
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s < 0)
{
std::cout << "接收信息失败！" << std::endl;
break;
}
else if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << clientip << ":" << clientport << std::endl;
}
else
{
std::cout << "客户端关闭！" << std::endl;
break;
}
write(sock, buffer, strlen(buffer));
}
}
class threaddata
{
public:
int sock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
class TcpServer
{
public:
static void *threadRountine(void *arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
threaddata *td = static_cast
service(td->sock_, td->ip_, td->port_);
delete td;
}
TcpServer(const uint16_t port, const std::string &ip = "") : listensock_(-1), ip_(ip), port_(port)
{
}
void initTcpServer()
{
// 1.创建套接字
listensock_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listensock_ < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 2.进行绑定
struct sockaddr_in src_server;
bzero(&src_server, sizeof(src_server));
src_server.sin_family = AF_INET;
src_server.sin_port = htons(port_);
inet_pton(AF_INET, ip_.c_str(), &src_server);
socklen_t len = sizeof(src_server);
if (bind(listensock_, (struct sockaddr *)&src_server, len) < 0)
{
std::cout << "绑定失败！" << std::endl;
exit(1);
}
// 3.开始监听,等待连接
if (listen(listensock_, gmv) < 0)
{
std::cout << "监听失败！" << std::endl;
exit(2);
}
std::cout << "服务器初始化成功！" << std::endl;
}
void start()
{
while (true)
{
// 4.获取链接
struct sockaddr_in client_sock;
socklen_t len = sizeof(client_sock);
int serversock = accept(listensock_, (struct sockaddr *)&client_sock, &len);
if (serversock < 0)
{
std::cout << "获取链接失败！" << std::endl;
exit(3);
}
// 5.开始通信服务
uint16_t client_port = ntohs(client_sock.sin_port);
std::string client_ip = inet_ntoa(client_sock.sin_addr);
std::cout << "[" << client_port << "-" << client_ip << "]" << std::endl;
// version 3——多线程版本
pthread_t tid;
threaddata *td = new threaddata();
td->sock_ = serversock;
td->ip_ = client_ip;
td->port_ = client_port;
pthread_create(&tid, nullptr, threadRountine, td);
}
}
~TcpServer()
{
close(listensock_);
}
private:
int listensock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
四、完整代码
tcp_server.hpp
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static int gmv = 20;
static void service(int sock, const std::string &clientip, const uint16_t &clientport)
{
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s = read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s < 0)
{
std::cout << "接收信息失败！" << std::endl;
break;
}
else if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << clientip << ":" << clientport << std::endl;
}
else
{
std::cout << "客户端关闭！" << std::endl;
}
write(sock, buffer, strlen(buffer));
}
}
class threaddata
{
public:
int sock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
class TcpServer
{
public:
static void *threadRountine(void *arg)
{
pthread_detach(pthread_self());
threaddata *td = static_cast
service(td->sock_, td->ip_, td->port_);
delete td;
}
TcpServer(const uint16_t port, const std::string &ip = "") : listensock_(-1), ip_(ip), port_(port)
{
}
void initTcpServer()
{
// 1.创建套接字
listensock_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listensock_ < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 2.进行绑定
struct sockaddr_in src_server;
bzero(&src_server, sizeof(src_server));
src_server.sin_family = AF_INET;
src_server.sin_port = htons(port_);
inet_pton(AF_INET, ip_.c_str(), &src_server);
socklen_t len = sizeof(src_server);
if (bind(listensock_, (struct sockaddr *)&src_server, len) < 0)
{
std::cout << "绑定失败！" << std::endl;
exit(1);
}
// 3.开始监听,等待连接
if (listen(listensock_, gmv) < 0)
{
std::cout << "监听失败！" << std::endl;
exit(2);
}
std::cout << "服务器初始化成功！" << std::endl;
}
void start()
{
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
while (true)
{
// 4.获取链接
struct sockaddr_in client_sock;
socklen_t len = sizeof(client_sock);
int serversock = accept(listensock_, (struct sockaddr *)&client_sock, &len);
if (serversock < 0)
{
std::cout << "获取链接失败！" << std::endl;
exit(3);
}
// 5.开始通信服务
uint16_t client_port = ntohs(client_sock.sin_port);
std::string client_ip = inet_ntoa(client_sock.sin_addr);
std::cout << "[" << client_port << "-" << client_ip << "]" << std::endl;
// version 1：单进程版服务————服务器一次只能处理一个客户端，只有处理完一个，才能处理下一个
// service(serversock, client_ip, client_port);
// version 2.0：多进程版本——创建子进程给新的连接提供服务，父进程去继续获取新的连接
/* pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if (id == 0)
{
// child 并且注意僵尸状态
// child会继承父进程打开的文件及其fd，子进程不需要进行监听的套接字，关闭
close(listensock_);
//子进程只需要给连接客户端提供服务的套接字
service(serversock, client_ip, client_port);
exit(0);
} */
/* // version 2.1:多进程版
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
// 子进程
if (fork() > 0)
exit(0);
// 孙子进程
close(listensock_);
service(serversock, client_ip, client_port);
}
// 父进程
waitpid(pid, nullptr, 0); */
// version 3——多线程版本
pthread_t tid;
threaddata *td = new threaddata();
td->sock_ = serversock;
td->ip_ = client_ip;
td->port_ = client_port;
pthread_create(&tid, nullptr, threadRountine, td);
close(serversock);
}
}
~TcpServer()
{
close(listensock_);
}
private:
int listensock_;
std::string ip_;
uint16_t port_;
};
tcp_server.cc
#include "tcp_server.hpp"
#include
static void usage(std::string proc)
{
std::cout << "\n"
<< proc << " port"
<< std::endl;
}
// ./tcpserver 8080
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
usage(argv[0]);
exit(0);
}
uint16_t server_port=atoi(argv[1]);
std::unique_ptr
sev->initTcpServer();
sev->start();
return 0;
}
tcp_client.cc
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static void usage(std::string proc)
{
std::cout << "\n"
<< proc << " port"
<< std::endl;
}
// ./tcpclient IP port
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 3)
{
usage(argv[0]);
exit(1);
}
std::string server_ip = argv[1];
uint16_t server_port = atoi(argv[2]);
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0)
{
std::cout << "创建套接字失败！" << std::endl;
exit(0);
}
struct sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof server);
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(server_port);
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof server) < 0)
{
std::cout << "连接失败！" << std::endl;
exit(0);
}
// 开始通信
while (true)
{
std::string line;
std::cout << "请输入# ";
std::getline(std::cin, line);
ssize_t s = write(sock, line.c_str(), line.size());
char buffer[1024];
ssize_t m = read(sock, buffer, sizeof buffer - 1);
buffer[m] = 0;
std::cout << "服务器：" << buffer << std::endl;
}
return 0;
}
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