文章目录

实现目标
认识相关接口
- socket
- bzero
- bind
- recvfrom
- sendto
实现思路和注意事项
完整代码
- Server.hpp
- Server.cc
- Client.hpp
- Client.cc
运行效果
END

实现目标

实现一个服务端和一个客户端，客户端负责发送一个单词，服务端接收到后将翻译后的结果返回发送到客户端。
使用UDP网络连接，可以跨主机实现通信。
服务端读取文件中保存的单词及其翻译，通过发送信号使服务端更新词库，不需要重启。

认识相关接口

socket

创建套接字文件，在Linux一切皆文件。。

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

参数一为需要选择的通信方式：

通常是使用AF_UNIX AF_INET，分别表示为本地通信和网络通信。

参数二为套接字提供服务的类型，通常使用SOCK_STREAM:流式服务TCP策略，SOCK_DGRAM:数据报服务,UDP策略

参数三默认设为0即可，因为前面两个参数已经确定好通信的方式和策略

返回值：成功创建返回文件的文件描述符，失败返回-1

 _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
assert(_sockfd != -1);
cout << "success : " << _sockfd << endl;

bzero

可以将结构体对象初始化，和memset同理

#include <strings.h>

void bzero(void *s, size_t n);

bind

绑定端口号

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

参数一为：需要绑定的文件描述符

参数二为：sockaddr结构体对象的地址，通常使用sockaddr_in对象强转，这个结构体对象里面就包括了传输方式，端口号，和ip地址

参数三为：这个结构体对象的大小

成功返回0

assert(bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) == 0);

recvfrom

读取数据。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

参数一为：文件描述符

参数二为：接收数据的存储对象

参数三为：接收数据的存储对象的大小

参数四默认为0，表示阻塞读取

参数五为：一个结构体对象，输入输出型参数，该对象接收到后里面包含了发送端的信息，以便在未来可以往这个位置发回信息。

参数六为：接收到这个结构体对象的大小

成功返回数据的字节数，失败返回-1

ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);

sendto

发送数据

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
              const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);

参数一为：文件描述符

参数二为：发送的数据的缓冲区

参数三为：发送数据的长度

参数四默认为0，阻塞发送

参数五为：结构体对象，里面包含了接收端的属性，ip地址等

参数六为：结构体对象大小

sendto(sockfd, res.c_str(), res.size(), 0, (sockaddr *)&client, sizeof(client));

实现思路和注意事项

思路：

首先可以对客户端和服务端分别进行封装
两者都具有初始化，启动功能。初始化主要负责初始化自身的IP地址，端口号和通信方式等
两者的启动都必须要有发送和读取的功能，客户端先发送再读取，服务端先读取再发送
服务端要有一个接收到数据后的回调函数，对数据进行处理后再发送回去
使用C++文件操作，加载文件里的词库

注意事项：

运行服务端时必须带上端口号，运行客户端必须带上IP地址和端口号
服务端必须显示绑定端口号，客户端不需要。操作系统会帮客户端自动生产并绑定端口号，因为服务端是只有一个，而访问这个服务端的客户端却会有很多个。
服务端的IP地址不能够指定某个特定的IP地址，必须使用0.0.0.0，因为会有很多个客户端访问，如果指明一个特定的IP地址，那么就可能出现别的IP访问不了端口号
注意端口号必须要调用接口去转换一下大小端，因为很多情况下都不清楚机器的大小端，养成好习惯
所有接口的参数都是 sockaddr类型的结构体，但是在使用的时候往往都是定义 sockaddr_in 结构体，传参的时候再强转。sockaddr_in的属性分别为：sin_family 传输方式；sin_port 端口号；sin_addr.s_addr IP地址

完整代码

以下代码均有注释，上述不完整的代码的注释里都有解释

Server.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <strings.h>
#include <cassert>
#include <unistd.h>
#include <functional>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
using namespace std;

typedef function<void(int, string, uint16_t, string)> func_t;
class udpServer
{
public:
    udpServer(const uint16_t &port, const func_t &funcCall)
        : _port(port), _ip("0.0.0.0"), _funcCall(funcCall)
    {
    }

    // 初始化服务器端
    void initServer()
    {
        // 创建socket
        _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        assert(_sockfd != -1);
        cout << "success : " << _sockfd << endl;

        // 定义socket_in结构体变量
        struct sockaddr_in local;
        // 初始化这个变量
        bzero(&local, sizeof(local));
        // 填充这个变量里的属性
        local.sin_family = AF_INET; // 指定传输方式
        // 指定端口号，不明确大小端所以要调用一下转换函数
        local.sin_port = htons(_port);
        // 指定IP地址, 首先要把字符串类型转换成网络IP的整型再转换大小端
        // 一般而言不会指明一个特定的IP地址，而是会设为0.0.0.0
        // 因为如果只绑定一个明确的IP，最终的数据可能用别的IP来访问端口号就会访问不了
        // INADDR_ANY就是0.0.0.0
        // local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

        // 绑定端口号
        assert(bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) == 0);
    }

    // 启动服务器端
    void start()
    {
        char buff[1024];

        // 服务器本质就是一个死循环，除非紧急情况否则不退出
        while (1)
        {
            struct sockaddr_in peer;
            // 保存这个结构体大小的变量
            socklen_t len = sizeof(peer);

            ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);
            if (s > 0)
            {
                // 记录数据是什么，哪个IP地址发的，发到哪个端口
                // 首先peer里的IP地址是网络序列，所以要转化为整形再转成点分制的字符串
                string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr);
                // 端口号也要利用函数调用转换为16位的整形
                uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port);
                // 保存数据
                buff[s] = 0;
                string message = buff;

                // 读取数据
                cout << clientip << "[ #: " << clientport << "] : " << message << endl;

                // 处理数据后再发回客户端
                _funcCall(_sockfd, clientip, clientport, message);
            }

            sleep(1);
        }
    }

    ~udpServer()
    {
    }

private:
    uint16_t _port; // 端口号
    string _ip;     // ip地址
    int _sockfd;    // 创建socket后的网络文件描述符
    func_t _funcCall; // 回调方法
};

Server.cc

#include "Server.hpp"
#include <memory>
#include <unordered_map>
#include <fstream>
#include <signal.h>

#define textfile "./dict.txt"
// 保存字典
unordered_map<string, string> dict;

// 输出命令错误函数
void Usage(string proc)
{
    cout << "Usage:\n\t" << proc << " local_ip local_port\n\n";
}

// 读取一行中的kv值
bool getString(const string &line, string *key, string *value)
{
    auto pos = line.find(":");
    if (pos == string::npos)
        return false;

    // 分割两段字符串 分别提取
    *key = line.substr(0, pos);
    *value = line.substr(pos + 1);

    return true;
}

// 初始化字典
void Initdict()
{
    string key, value, line;

    // 打开文件读取内容插入到dict中
    ifstream ifs(textfile, ios::binary);
    if (!ifs.is_open())
    {
        cerr << "open file error" << endl;
        exit(3);
    }

    while (getline(ifs, line))
    {
        if (getString(line, &key, &value))
            dict.insert(make_pair(key, value));
    }

    ifs.close();

    cout << "dict success" << endl;
}

// 如果收到2号信号则重新读取文件重新加载dict
void reload(int signal)
{
    Initdict();
}

// 设置接收数据后的回调函数
void CallMessage(int sockfd, string clientip, uint16_t clientport, string message)
{
    // 对接收到的数据进行自定义处理
    // 与通信解耦

    // 查询接收到的单词并查找
    auto it = dict.find(message);
    string res;
    if (it == dict.end())
        res = "未查询到";
    else
        res = it->second;

    // 将查询到的结果返回去
    struct sockaddr_in client;
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_addr.s_addr = inet_addr(clientip.c_str());
    client.sin_port = htons(clientport);

    sendto(sockfd, res.c_str(), res.size(), 0, (sockaddr *)&client, sizeof(client));
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 从命令行获取命令
    // 其中包括端口号
    // 如果分割不为两部分就说明命令有误，输出错误信息后退出
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(2);
    }

    // 拿到端口号
    uint16_t port = atoi(argv[1]);

    // 如果收到2号信号则重新读取文件重新加载dict
    signal(2, reload);
    // 初始化字典
    Initdict();

    unique_ptr<udpServer> us(new udpServer(port, CallMessage));

    us->initServer();
    us->start();

    return 0;
}

Client.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <strings.h>
#include <cassert>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
using namespace std;

class udpClient
{
public:
    udpClient(const string &server_ip, const uint16_t &server_port)
        : _server_ip(server_ip), _server_port(server_port)
    {
    }

    void clientInit()
    {
        _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (_sockfd == -1)
            exit(2);
        cout << "success : " << _sockfd << endl;

        // 客户端也需要绑定IP地址和端口，但是不需要显示绑定，操作系统会自动绑定
        // 客户端的端口号对服务端而言并不重要，它只需要确定自己的唯一性即可
        // 相当于写服务器的是一家公司，写客户端的是无数家公司，无数家公司之间只需要不冲突即可
    }

    void run()
    {
        string buff;
        struct sockaddr_in server_addr;
        memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
        server_addr.sin_family = AF_INET;
        server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(_server_ip.c_str());
        server_addr.sin_port = htons(_server_port);

        while (1)
        {
            cout << "Please cin：";
            cin >> buff;

            // sendto自动帮客户端绑定端口
            ssize_t s = sendto(_sockfd, buff.c_str(), buff.size(), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

            // 接收服务端发回来的数据
            char message[1024];
            struct sockaddr_in temp;
            bzero(&temp, sizeof(temp));
            socklen_t len = sizeof(temp);
            size_t n = recvfrom(_sockfd, message, sizeof(message) - 1, 0, (struct sockaddr *)&temp, &len);
            if (n > 0)
                message[n] = 0;
            cout << "翻译结果：" << message << endl;
        }
    }

    ~udpClient()
    {
    }

private:
    int _sockfd;
    string _server_ip;
    uint16_t _server_port;
};

Client.cc

#include "Client.hpp"
#include <memory>

// 输出命令错误函数
void Usage(string proc)
{
    cout << "Usage:\n\t" << proc << " server_ip server_port\n\n";
}

int main(int argc, char* argv[])
{   
    // 从命令行获取命令
    // 其中包括服务端的IP地址和对应的端口号
    // 如果分割不为两部分就说明命令有误，输出错误信息后退出
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(2);
    }

    // 保存服务端的IP地址和端口号
    string server_ip = argv[1];
    uint16_t server_port = atoi(argv[2]);

    unique_ptr<udpClient> cs(new udpClient(server_ip, server_port));

    cs->clientInit();
    cs->run();

    return 0;
}