【Linux开发实战指南】基于TCP、进程数据结构与SQL数据库：构建在线云词典系统（含注册、登录、查询、历史记录管理功能及源码分享）

news2024/10/6 22:27:22

目录

 项目演示：

1. 主界面

技术讲解：

TCP连接

进程的并发

链表

SQLite3

IO对文件的读写

功能实现

实现逻辑

我遇到的问题：

服务器端代码思路解析

必要条件

步骤详解

客户端代码思路解析

步骤详解

服务器源码如下：

 客户端源码如下：

dictionary.h源码如下：

dic.txt文件因为过于庞大，所以放到公众号中，大家需要自取。

 项目演示：

1. 主界面

2. 注册

3. 登录

4. 查询单词

5. 查询历史记录

6. 删除历史记录

7. 退出

技术讲解：

TCP连接

TCP（Transmission Control Protocol）连接是互联网上最常用的一种面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。建立TCP连接需要经过著名的“三次握手”过程：

  1. SYN（同步序列编号）：客户端发送一个SYN包给服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。
  2. SYN-ACK：服务器收到SYN包后，回应一个SYN-ACK（SYN+ACKnowledgment）包，告诉客户端其接收到了请求，并同意建立连接，此时服务器进入SYN_RECV状态。
  3. ACK（确认字符）：客户端收到服务器的SYN-ACK包后，发送一个ACK包给服务器，确认收到了服务器的确认信息。此时，TCP连接正式建立，双方进入ESTABLISHED状态。

进程的并发

进程并发是指多个进程在同一时间段内交替执行的现象，操作系统通过时间片轮转、优先级调度等策略来管理进程的执行，给予每个进程一定的CPU时间来执行任务，从而实现“同时”处理多个任务的效果。并发可以提高系统资源利用率和整体处理能力，但也会带来资源竞争、死锁等问题，需要通过同步机制（如互斥锁、信号量等）来协调。

链表

链表是一种重要的数据结构，用于存储线性集合的元素，每个元素（节点）包含数据和指向下一个节点的指针。链表分为单链表、双链表、循环链表等类型。与数组相比，链表的优点在于插入和删除操作更快，因为它不需要移动其他元素，只需修改相邻节点的指针。缺点是访问元素不如数组直接，需要从头节点开始逐个遍历。

SQLite3

SQLite3是一个轻量级、无服务器、零配置的嵌入式数据库引擎，它允许程序将整个数据库（包括定义、表、索引和数据）存储在单一的文件中。SQLite支持SQL语言，可以用于各种应用开发，特别是在那些需要本地存储、对数据库服务器要求不高或不想管理数据库服务器的场景下，如手机应用、桌面应用等。SQLite的特点是易于集成、跨平台、占用资源少。

IO对文件的读写

在编程中，对文件的读写是基础的IO操作，主要通过系统调用或库函数实现。以C语言为例：

  • 读文件：通常使用fopen函数打开文件，然后通过fread或fgets等函数读取内容。例如：

    C 
    1FILE *file = fopen("example.txt", "r");
2if (file != NULL) {
3    char buffer[255];
4    fgets(buffer, sizeof(buffer), file);
5    fclose(file);
6}

  • 写文件：同样使用fopen函数以写模式打开文件，然后通过fwrite或fprintf等函数写入数据。例如：

    C 
    1FILE *file = fopen("output.txt", "w");
2if (file != NULL) {
3    fprintf(file, "Hello, World!\n");
4    fclose(file);
5}

这些操作涉及文件句柄、缓冲区管理及错误处理，是进行文件操作的基本步骤。

功能实现
  1. Linux系统编程：利用Linux环境下的高级编程技巧。
  2. 用户的注册和登录：实现安全的用户认证机制。
  3. 查询单词：高效检索词典数据库中的词汇信息。
  4. 查询或删除历史记录：提供用户对过往查询记录的操作功能。
实现逻辑

本节将详细介绍开发过程的关键步骤，帮助你从零开始构建这一系统。

  1. 创建SQLite3数据库：用于存储用户账户信息及查询历史记录，确保数据的持久化和安全性。

    • 设计数据库模式，包括用户表和历史记录表。
    • 实现增删查改的基本操作。

  2. 定义请求类型：通过结构体区分注册、登录、查询单词和管理历史记录等不同操作。

    • 结构体设计应包含所有必要的字段，如用户名、密码、操作类型等。
    • 利用链表存储结构体实例，便于动态管理。

  3. 搭建代码框架：先构建整体框架，再逐步填充细节。

    • 定义服务器和客户端的主循环。
    • 规划函数调用流程，预留函数体以便后续填充。

  4. 确保TCP通信稳定：实现可靠的双向数据传输。

    • 初始化TCP套接字，监听端口。
    • 处理连接请求，接收和发送数据包。
    • 验证数据格式，防止解析错误。

  5. 准备单词文档：作为词典数据源。

    • 选择合适的单词列表文件。
    • 使用标准I/O库读取和解析文档。

  6. 实现核心逻辑：编写关键算法和业务处理代码。

    • 注册和登录验证：检查用户信息的正确性。
    • 单词查询：采用高效的数据结构加速检索。
      • 注意：使用回调函数时，确保条件判断准确无误，避免查询失败或结果不匹配。
    • 历史记录管理：记录和展示用户的查询历史，提供删除选项。

我遇到的问题：

大概思路图：

服务器端代码思路解析

必要条件
  • 并发能力：采用进程并发模型，确保服务器能同时处理来自多个客户端的请求。
  • 通信方式：基于TCP协议，实现可靠的数据传输。
步骤详解

  1. 创建数据库表

    • 设计两个SQLite3表：一个用于存储用户账号信息（用户名、密码），另一个用于记录历史查询数据。
    • 实现基本的CRUD（创建、读取、更新、删除）操作，确保数据的准确性和完整性。

  2. 初始化网络服务

    • 创建TCP套接字，设置相关属性。
    • 绑定IP地址和端口号，启动监听，准备接受客户端连接。
    • 接收客户端连接请求，为每个连接创建新进程以处理并发请求。

  3. 处理客户端请求

    • 读取客户端发送的完整结构体数据包。
    • 使用switch语句分析请求类型，调用相应的处理函数。
      • 注册/登录：验证用户信息，更新数据库状态。
      • 查询单词：搜索词典数据库，返回查询结果。
      • 历史记录：记录或检索用户的历史查询记录。

客户端代码思路解析

步骤详解

  1. 初始化网络连接

    • 创建TCP套接字，指定服务器地址和端口。
    • 连接到服务器，建立通信通道。
    • 准备发送和接收数据。

  2. 交互逻辑

    • 打印帮助菜单，指导用户输入命令。
    • 根据用户输入，调用相应函数处理请求。
      • 注册/登录：向服务器发送用户信息，等待认证结果。
      • 查询单词：提交单词查询请求，接收查询结果。
      • 历史记录：请求历史记录，显示或删除记录。

服务器源码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include "dictionary.h"
#include <sqlite3.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <time.h>

int acceptfd;
int search_word(int acceptfd);
int num = 10;
time_t t;
struct tm *tm;
// 注册函数
void register_sev(int acceptfd, char *p, sqlite3 *db)
{
    char sql[128] = " "; //定义数组来装insert语句
    sprintf(sql, "insert into user values('%s','%s');", dic.name, dic.password);
    //如果插入不成功则给dic.text赋值失败反之OK
    if (sqlite3_exec(db, sql, NULL, NULL, &p) != SQLITE_OK)
    {
        strcpy(dic.text, "already exits!");
    }
    else
    {
        strcpy(dic.text, "OK");
    }
    send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0); //发送
}

// 登录函数
void login_sev(int acceptfd, char *p, char **result, int row, int line, sqlite3 *db)
{
    // 定义一个输入去接收这个查询用户名和密码的语句
    char buf[128];
    sprintf(buf, "select * from user where name = '%s' and password = '%s';", dic.name, dic.password);
    // 先把输入的数据查询一下在表里，如果表里有数据则代表数据库有密码
    if (sqlite3_get_table(db, buf, &result, &row, &line, &p) != SQLITE_OK)
    {
        perror("sev sqlite3_table error\n");
        return;
    }
    // 如果行大于零则代表有数据成功
    if (row > 0)
    {
        strcpy(dic.text, "login successs");
    }
    else
    {
        strcpy(dic.text, "login loose,please check your name or password!");
    }
    send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
}

// 查询单词
void query_sev(int acceptfd, sqlite3 *db, char *p)
{
    time_t t;
    struct tm *tm;
    int a = 0;
    //定义一个语句去接受查询的语句
    char sql2[128] = "";
    int found = search_word(acceptfd); //去接受查询单词这个函数的返回值 不为1则代表失败 返回1则代表成功
    if (found != 1)
    {
        strcpy(dic.text, "can't find \n");
        send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    }
    else
    {
        time(&t);
        tm = localtime(&t);
        sprintf(dic.time_sev, "%d-%d-%d %d:%d:%d", tm->tm_year + 1900,
                tm->tm_mon + 1, tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec);
        sprintf(sql2, "insert into record values('%s','%s');", dic.password, dic.time_sev); // 成功后就把查询成功的单词插入到record这个表里
        if (sqlite3_exec(db, sql2, NULL, NULL, &p) != SQLITE_OK)
        {
            perror("record insert error\n");
            return;
        }
    }
}

// 查询单词函数
int search_word(int acceptfd)
{
    //定义每次接受来的密码的长度
    int len = strlen(dic.password);
    //打开文件用标准IO
    FILE *sp = fopen("dic.txt", "r");
    if (NULL == sp)
    {
        perror("sp error\n");
        return -1;
    }
    //如果dic.txt文件不为空时继续执行
    while (fgets(dic.text, sizeof(dic.text), sp) != NULL)
    {
        //拿密码去比较文件中的前几位 如果成功发送dic 并且返回1
        if (!strncmp(dic.text, dic.password, len))
        {
            send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
            return 1;
        }
    }
}

//回调函数
int history_callback(void *arg, int colunms, char **text, char **name)
{

    if (text != NULL)
    {
        sprintf(dic.text, "%s %s", text[0], text[1]);
        send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    }

    return 0;
}

//历史函数
int history_sev(char *p, sqlite3 *db)
{
    if (sqlite3_exec(db, "select * from record;", history_callback, NULL, &p) != SQLITE_OK) // 此处用的是回调函数
    {
        fprintf(stderr, "select is error: %s\n", p); //如果不等于OK责代表没成功，报错
        return -1;
    }
    else
        printf("请求成功\n");

    dic.history_id = 1;
    send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    return 0;
}

void delete_history(char *p, sqlite3 *db)
{
    if (sqlite3_exec(db, "delete from record;", NULL, NULL, &p) != SQLITE_OK)
    {
        fprintf(stderr, "delete is error: %s\n", p); //如果不等于OK责代表没成功，报错
    }
    else
    {
        strcpy(dic.text, "删除成功!");
        send(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    }
}

//处理僵尸进程
void hanlder(int arg)
{
    waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1. 创建sql表
    sqlite3 *db = NULL;
    if (sqlite3_open("./dictionary.db", &db) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "sqlite3 is error%s\n", sqlite3_errmsg(db));
        return -1;
    }
    // 创建两个表
    char *p = NULL;
    if (sqlite3_exec(db, "create table user(name char primary key, password char);", NULL, NULL, &p) != SQLITE_OK)
    {
        fprintf(stderr, "create stu1 is error %s\n", p);
        return -1;
    }

    if (sqlite3_exec(db, "create table record(password char,time char);", NULL, NULL, &p) != SQLITE_OK)
    {
        fprintf(stderr, "create record is error %s\n", p);
        return -1;
    }

    // 创建指针以及行和列的变量
    char **result = NULL;
    int row = 0;
    int line = 0;

    // 创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("sev sockfd error\n");
        return -1;
    }

    //填充结构体
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    int len = sizeof(caddr);

    // 绑定 和 监听
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind error\n");
        return -1;
    }

    if (listen(sockfd, 5) < 0)
    {
        perror("sev listen error\n");
        return -1;
    }

    // 处理僵尸进程
    signal(SIGCHLD, hanlder);

    // 循环去接受
    while (1)
    {
        acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
        if (acceptfd < 0)
        {
            perror("sev acceptfd is error\n");
            return -1;
        }
        // 创建进程
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0)
        {
            perror("sev pid error\n");
            return -1;
        }
        else if (pid == 0) // 子进程
        {
            while (recv(acceptfd, &dic, sizeof(dic), 0))
            {
                switch (dic.type)
                {
                case 'r':
                    register_sev(acceptfd, p, db); // 注册函数
                    break;
                case 'l':
                    login_sev(acceptfd, p, result, row, line, db); // 登录函数
                    break;
                case 'q':
                    query_sev(acceptfd, db, p); //查询函数
                    break;
                case 'h':
                    history_sev(p, db); //历史查询函数
                    break;
                case 'd':
                    delete_history(p, db);// 历史记录删除函数
                    break;
                default:
                    break;
                }
            }
        }
        else // 父进程
        {
            close(acceptfd);
        }
    }

    return 0;
}

 客户端源码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include "dictionary.h"
#include <sqlite3.h>
// 声明函数
void query(int sockfd);
void History(int sockfd);
void delete_history(int sockfd);
//注册
void register_sev(int sockfd)
{
    printf("*******注册页面*******\n");
    dic.type = 'r'; // 令他的类型等于r 也就是我设置的注册类型
    printf("请输入你的用户名: ");
    scanf("%s", dic.name);
    printf("请输入你的密码: ");
    scanf("%s", dic.password);
    send(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    int recvfd = recv(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    if (recvfd < 0)// 接受失败
    {
        perror("recv error\n");
        return;
    }
    else if (recvfd == 0)// 服务器退出
    {
        printf("Sever already quit\n");
        return;
    }
    else // 接受成功
    {
        printf("%s\n", dic.text);
    }
}
//登录
int login_sev(int sockfd)
{
    printf("*******登录页面*******\n");
    dic.type = 'l';
    printf("请输入你的用户名: ");
    scanf("%s", dic.name);
    getchar();
    printf("请输入你的密码: ");
    scanf("%s", dic.password);
    getchar();
    send(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    //将整个结构体发送过去
    //接受整个结构体 如果接受错误的话就返回-1如果 登录成功就返回1
    int recvfd = recv(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
    if (recvfd < 0)
    {
        perror("recv error\n");
        return -1;
    }
    else if (recvfd == 0)
    {
        printf("Sever already quit\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        if (!strcmp(dic.text, "login successs")) // 如果接收到客户端发过来的成功语句就打印成功
        {
            printf("登录成功！\n");
            return 1;
        }
        else
        {
            printf("%s\n", dic.text);
        }
    }
}
// 进入登录后的页面
void next(int sockfd)
{
    int next;
    while (1)
    {

printf("*****************************查询页面***********************************\n");
printf("1.: query_password     2.: History_password   3:delete:History  4.:quit\n");      printf("***********************************************************************\n");
        printf("\n");
        printf("Please choose：");
        scanf("%d", &next);
        switch (next)
        {
        case 1:
            query(sockfd); //查询函数
            break;
        case 2:
            History(sockfd); //历史函数
            break;
        case 3:
            delete_history(sockfd); // 删除历史记录
            break;
        case 4:
            close(sockfd); //返回上一级
            exit(0);
        default:
            break;
        }
    }
}
// 查询单词
void query(int sockfd)
{
    dic.type = 'q';
    while (1)
    {
        printf("Please input words that you want to search: ");
        scanf("%s", dic.password);
        putchar(10);                    //防止垃圾字符
        if (!strcmp(dic.password, "#")) //如果在查找单词中输入#就会退出
        {
            break;
        }

        send(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0); // 将结构体发过去

        int recvfd = recv(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
        if (recvfd < 0)
        {
            perror("recv error\n");
            return;
        }
        else if (recvfd == 0)
        {
            printf("Sever already quit\n");
            return;
        }
        else
        {
            printf("%s this word is expain: %s", dic.password, dic.text);
            printf("\n");
        }
    }
}
// 历史记录
void History(int sockfd)
{
    dic.type = 'h';
    send(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0); // 目的是为了将结构体类型发过去
    while (1)
    {
        int recvfd = recv(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
        if (recvfd < 0)
        {
            perror("recv error\n");
            return;
        }
        if(dic.history_id == 1)
            break;
        printf("%s\n",dic.text);
        printf("\n");
    }
}
// 删除历史记录
void delete_history(int sockfd)
{
    dic.type = 'd';
    send(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0); // 目的是为了将结构体类型发过去
    while (1)
    {
        int recvfd = recv(sockfd, &dic, sizeof(dic), 0);
        if (recvfd < 0)
        {
            perror("recv error\n");
            return;
        }
        else if (recvfd == 0)
        {
            exit(0);
        }
        else
        {
            printf("%s \n", dic.text);
            printf("\n");
            break;
        }
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1. 创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("cli sockfd error\n");
        return -1;
    }
    //2.填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    //链接
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("cli connect erroen\n");
        return -1;
    }

    int cli_type1;

    while (1)
    {
        printf("**************************************\n");
        printf("1: register     2: login     3:quit\n");
        printf("**************************************\n");
        printf("Please choose (must number!!!)：");
        scanf("%d", &cli_type1);

        if (cli_type1 != 1 && cli_type1 != 2 && cli_type1 != 3)
        {
            printf("请重新输入正确的数字！\n");
            return -1;
        }

        switch (cli_type1)
        {
        //2.注册
        case 1:
            register_sev(sockfd);
            break;
        //3.登录
        case 2:
            if (login_sev(sockfd) == 1) //接受上面返回成功的1进行到下一个函数
                next(sockfd);
            break;
        //4.退出
        case 3:
            close(sockfd);
            exit(0);
        default:
            break;
        }
    }
    return 0;
}

dictionary.h源码如下：

struct dictionary
{
    char type; // r代表注册 l 代表登录 q代表查询 h代表历史
    char name[128];// 用户名
    char password[128];// 密码
    char text[128];// 通知内容或者查找内容
    char time_sev[32];// 时间
    int history_id;
} dic;

dic.txt文件因为过于庞大，所以放到公众号中，大家需要自取。

微信关注嵌入式工程之家发送   dic源码  即可获得文件哟。

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