正文

在掌握了基于 TCP 的套接字通信流程之后，為了方便使用，提高編碼效率，可以對(duì)通信操作進(jìn)行封裝，本著有淺入深的原則，先基于 C 語(yǔ)言進(jìn)行面向過(guò)程的函數(shù)封裝，然后再基于 C++ 進(jìn)行面向?qū)ο蟮念?lèi)封裝。

1. 基于 C 語(yǔ)言的封裝

基于 TCP 的套接字通信分為兩部分：服務(wù)器端通信和客戶(hù)端通信。我們只要掌握了通信流程，封裝出對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)也就不在話下了，先來(lái)回顧一下通信流程：

服務(wù)器端

創(chuàng)建用于監(jiān)聽(tīng)的套接字

將用于監(jiān)聽(tīng)的套接字和本地的 IP 以及端口進(jìn)行綁定

啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)

等待并接受新的客戶(hù)端連接，連接建立得到用于通信的套接字和客戶(hù)端的 IP、端口信息

使用得到的通信的套接字和客戶(hù)端通信（接收和發(fā)送數(shù)據(jù)）

通信結(jié)束，關(guān)閉套接字（監(jiān)聽(tīng) + 通信）

客戶(hù)端

創(chuàng)建用于通信的套接字

使用服務(wù)器端綁定的 IP 和端口連接服務(wù)器

使用通信的套接字和服務(wù)器通信（發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）

通信結(jié)束，關(guān)閉套接字（通信）

1.1 函數(shù)聲明

通過(guò)通信流程可以看出服務(wù)器和客戶(hù)端有些操作步驟是相同的，因此封裝的功能函數(shù)是可以共用的，相關(guān)的通信函數(shù)聲明如下：

///////////////////////////////////////////////////
////////////////////服務(wù)器///////////////////////
///////////////////////////////////////////////////
intbindSocket(intlfd,unsignedshortport);
intsetListen(intlfd);
intacceptConn(intlfd,structsockaddr_in*addr);

///////////////////////////////////////////////////
////////////////////客戶(hù)端///////////////////////
///////////////////////////////////////////////////
intconnectToHost(intfd,constchar*ip,unsignedshortport);

///////////////////////////////////////////////////
/////////////////////共用////////////////////////
///////////////////////////////////////////////////
intcreateSocket();
intsendMsg(intfd,constchar*msg);
intrecvMsg(intfd,char*msg,intsize);
intcloseSocket(intfd);
intreadn(intfd,char*buf,intsize);
intwriten(intfd,constchar*msg,intsize);

關(guān)于函數(shù) readn() 和 writen() 的作用請(qǐng)參考TCP數(shù)據(jù)粘包的處理

1.2 函數(shù)定義

//創(chuàng)建監(jiān)套接字
intcreateSocket()
{
intfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(fd==-1)
{
perror("socket");
return-1;
}
printf("套接字創(chuàng)建成功,fd=%d
",fd);
returnfd;
}

//綁定本地的IP和端口
intbindSocket(intlfd,unsignedshortport)
{
structsockaddr_insaddr;
saddr.sin_family=AF_INET;
saddr.sin_port=htons(port);
saddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//0=0.0.0.0
intret=bind(lfd,(structsockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
if(ret==-1)
{
perror("bind");
return-1;
}
printf("套接字綁定成功,ip:%s,port:%d
",
inet_ntoa(saddr.sin_addr),port);
returnret;
}

//設(shè)置監(jiān)聽(tīng)
intsetListen(intlfd)
{
intret=listen(lfd,128);
if(ret==-1)
{
perror("listen");
return-1;
}
printf("設(shè)置監(jiān)聽(tīng)成功...
");
returnret;
}

//阻塞并等待客戶(hù)端的連接
intacceptConn(intlfd,structsockaddr_in*addr)
{
intcfd=-1;
if(addr==NULL)
{
cfd=accept(lfd,NULL,NULL);
}
else
{
intaddrlen=sizeof(structsockaddr_in);
cfd=accept(lfd,(structsockaddr*)addr,&addrlen);
}
if(cfd==-1)
{
perror("accept");
return-1;
}
printf("成功和客戶(hù)端建立連接...
");
returncfd;
}

//接收數(shù)據(jù)
intrecvMsg(intcfd,char**msg)
{
if(msg==NULL||cfd<=?0)
????{
????????return?-1;
????}
????//?接收數(shù)據(jù)
????//?1.?讀數(shù)據(jù)頭
????int?len?=?0;
????readn(cfd,?(char*)&len,?4);
????len?=?ntohl(len);
????printf("數(shù)據(jù)塊大小:?%d
",?len);

????//?根據(jù)讀出的長(zhǎng)度分配內(nèi)存
????char?*buf?=?(char*)malloc(len+1);
????int?ret?=?readn(cfd,?buf,?len);
????if(ret?!=?len)
????{
????????return?-1;
????}
????buf[len]?=?'?';
????*msg?=?buf;

????return?ret;
}

//?發(fā)送數(shù)據(jù)
int?sendMsg(int?cfd,?char*?msg,?int?len)
{
???if(msg?==?NULL?||?len?<=?0)
???{
???????return?-1;
???}
???//?申請(qǐng)內(nèi)存空間:?數(shù)據(jù)長(zhǎng)度?+?包頭4字節(jié)(存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度)
???char*?data?=?(char*)malloc(len+4);
???int?bigLen?=?htonl(len);
???memcpy(data,?&bigLen,?4);
???memcpy(data+4,?msg,?len);
???//?發(fā)送數(shù)據(jù)
???int?ret?=?writen(cfd,?data,?len+4);
???return?ret;
}

//?連接服務(wù)器
int?connectToHost(int?fd,?const?char*?ip,?unsigned?short?port)
{
????//?2.?連接服務(wù)器IP?port
????struct?sockaddr_in?saddr;
????saddr.sin_family?=?AF_INET;
????saddr.sin_port?=?htons(port);
????inet_pton(AF_INET,?ip,?&saddr.sin_addr.s_addr);
????int?ret?=?connect(fd,?(struct?sockaddr*)&saddr,?sizeof(saddr));
????if(ret?==?-1)
????{
????????perror("connect");
????????return?-1;
????}
????printf("成功和服務(wù)器建立連接...
");
????return?ret;
}

//?關(guān)閉套接字
int?closeSocket(int?fd)
{
????int?ret?=?close(fd);
????if(ret?==?-1)
????{
????????perror("close");
????}
????return?ret;
}

//?接收指定的字節(jié)數(shù)
//?函數(shù)調(diào)用成功返回?size
int?readn(int?fd,?char*?buf,?int?size)
{
????int?nread?=?0;
????int?left?=?size;
????char*?p?=?buf;

????while(left?>0)
{
if((nread=read(fd,p,left))>0)
{
p+=nread;
left-=nread;
}
elseif(nread==-1)
{
return-1;
}
}
returnsize;
}

//發(fā)送指定的字節(jié)數(shù)
//函數(shù)調(diào)用成功返回size
intwriten(intfd,constchar*msg,intsize)
{
intleft=size;
intnwrite=0;
constchar*p=msg;

while(left>0)
{
if((nwrite=write(fd,msg,left))>0)
{
p+=nwrite;
left-=nwrite;
}
elseif(nwrite==-1)
{
return-1;
}
}
returnsize;
}

2. 基于 C++ 的封裝

編寫(xiě) C++ 程序應(yīng)當(dāng)遵循面向?qū)ο笕兀悍庋b、繼承、多態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是封裝之后的類(lèi)可以隱藏掉某些屬性使操作更簡(jiǎn)單并且類(lèi)的功能要單一，如果要代碼重用可以進(jìn)行類(lèi)之間的繼承，如果要讓函數(shù)的使用更加靈活可以使用多態(tài)。因此，我們需要封裝兩個(gè)類(lèi)：客戶(hù)端類(lèi)和服務(wù)器端的類(lèi)。

2.1 版本 1

根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷耄麄€(gè)通信過(guò)程不管是監(jiān)聽(tīng)還是通信的套接字都是可以封裝到類(lèi)的內(nèi)部并且將其隱藏掉，這樣相關(guān)操作函數(shù)的參數(shù)也就隨之減少了，使用者用起來(lái)也更簡(jiǎn)便。

2.1.1 客戶(hù)端

classTcpClient
{
public:
TcpClient();
~TcpClient();
//intconnectToHost(intfd,constchar*ip,unsignedshortport);
intconnectToHost(stringip,unsignedshortport);

//intsendMsg(intfd,constchar*msg);
intsendMsg(stringmsg);
//intrecvMsg(intfd,char*msg,intsize);
stringrecvMsg();

//intcreateSocket();
//intcloseSocket(intfd);

private:
//intreadn(intfd,char*buf,intsize);
intreadn(char*buf,intsize);
//intwriten(intfd,constchar*msg,intsize);
intwriten(constchar*msg,intsize);

private:
intcfd;//通信的套接字
};

通過(guò)對(duì)客戶(hù)端的操作進(jìn)行封裝，我們可以看到有如下的變化：

文件描述被隱藏了，封裝到了類(lèi)的內(nèi)部已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行外部訪問(wèn)

功能函數(shù)的參數(shù)變少了，因?yàn)轭?lèi)成員函數(shù)可以直接使用類(lèi)內(nèi)部的成員變量。

創(chuàng)建和銷(xiāo)毀套接字的函數(shù)去掉了，這兩個(gè)操作可以分別放到構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行處理。

在 C++ 中可以適當(dāng)?shù)膶?char* 替換為 string 類(lèi)，這樣操作字符串就更簡(jiǎn)便一些。

2.1.2 服務(wù)器端

classTcpServer
{
public:
TcpServer();
~TcpServer();

//intbindSocket(intlfd,unsignedshortport)+intsetListen(intlfd)
intsetListen(unsignedshortport);
//intacceptConn(intlfd,structsockaddr_in*addr);
intacceptConn(structsockaddr_in*addr);

//intsendMsg(intfd,constchar*msg);
intsendMsg(stringmsg);
//intrecvMsg(intfd,char*msg,intsize);
stringrecvMsg();

//intcreateSocket();
//intcloseSocket(intfd);

private:
//intreadn(intfd,char*buf,intsize);
intreadn(char*buf,intsize);
//intwriten(intfd,constchar*msg,intsize);
intwriten(constchar*msg,intsize);

private:
intlfd;//監(jiān)聽(tīng)的套接字
intcfd;//通信的套接字
};

通過(guò)對(duì)服務(wù)器端的操作進(jìn)行封裝，我們可以看到這個(gè)類(lèi)和客戶(hù)端的類(lèi)結(jié)構(gòu)以及封裝思路是差不多的，并且兩個(gè)類(lèi)的內(nèi)部有些操作的重疊的：接收和發(fā)送通信數(shù)據(jù)的函數(shù) recvMsg()、sendMsg()，以及內(nèi)部函數(shù) readn()、writen()。不僅如此服務(wù)器端的類(lèi)設(shè)計(jì)成這樣樣子是有缺陷的：服務(wù)器端一般需要和多個(gè)客戶(hù)端建立連接，因此通信的套接字就需要有 N 個(gè)，但是在上面封裝的類(lèi)里邊只有一個(gè)。

既然如此，我們?nèi)绾谓鉀Q服務(wù)器和客戶(hù)端的代碼冗余和服務(wù)器不能跟多客戶(hù)端通信的問(wèn)題呢？

答：瘦身、減負(fù)?？梢詫⒎?wù)器的通信功能去掉，只留下監(jiān)聽(tīng)并建立新連接一個(gè)功能。將客戶(hù)端類(lèi)變成一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于套接字通信的類(lèi)即可。服務(wù)器端整個(gè)流程使用服務(wù)器類(lèi) + 通信類(lèi)來(lái)處理；客戶(hù)端整個(gè)流程通過(guò)通信的類(lèi)來(lái)處理。

2.2 版本 2

根據(jù)對(duì)第一個(gè)版本的分析，可以對(duì)以上代碼做如下修改：

2.2.1 通信類(lèi)

套接字通信類(lèi)既可以在客戶(hù)端使用，也可以在服務(wù)器端使用，職責(zé)是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包。

類(lèi)聲明

classTcpSocket
{
public:
TcpSocket();
TcpSocket(intsocket);
~TcpSocket();
intconnectToHost(stringip,unsignedshortport);
intsendMsg(stringmsg);
stringrecvMsg();

private:
intreadn(char*buf,intsize);
intwriten(constchar*msg,intsize);

private:
intm_fd;//通信的套接字
};

類(lèi)定義

TcpSocket::TcpSocket()
{
m_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
}

TcpSocket::TcpSocket(intsocket)
{
m_fd=socket;
}

TcpSocket::~TcpSocket()
{
if(m_fd>0)
{
close(m_fd);
}
}

intTcpSocket::connectToHost(stringip,unsignedshortport)
{
//連接服務(wù)器IPport
structsockaddr_insaddr;
saddr.sin_family=AF_INET;
saddr.sin_port=htons(port);
inet_pton(AF_INET,ip.data(),&saddr.sin_addr.s_addr);
intret=connect(m_fd,(structsockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
if(ret==-1)
{
perror("connect");
return-1;
}
cout<0)
{
if((nread=read(m_fd,p,left))>0)
{
p+=nread;
left-=nread;
}
elseif(nread==-1)
{
return-1;
}
}
returnsize;
}

intTcpSocket::writen(constchar*msg,intsize)
{
intleft=size;
intnwrite=0;
constchar*p=msg;

while(left>0)
{
if((nwrite=write(m_fd,msg,left))>0)
{
p+=nwrite;
left-=nwrite;
}
elseif(nwrite==-1)
{
return-1;
}
}
returnsize;
}

在第二個(gè)版本的套接字通信類(lèi)中一共有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)：

TcpSocket::TcpSocket()
{
m_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
}

TcpSocket::TcpSocket(intsocket)
{
m_fd=socket;
}

其中無(wú)參構(gòu)造一般在客戶(hù)端使用，通過(guò)這個(gè)套接字對(duì)象再和服務(wù)器進(jìn)行連接，之后就可以通信了

有參構(gòu)造主要在服務(wù)器端使用，當(dāng)服務(wù)器端得到了一個(gè)用于通信的套接字對(duì)象之后，就可以基于這個(gè)套接字直接通信，因此不需要再次進(jìn)行連接操作。

2.2.2 服務(wù)器類(lèi)

服務(wù)器類(lèi)主要用于套接字通信的服務(wù)器端，并且沒(méi)有通信能力，當(dāng)服務(wù)器和客戶(hù)端的新連接建立之后，需要通過(guò) TcpSocket 類(lèi)的帶參構(gòu)造將通信的描述符包裝成一個(gè)通信對(duì)象，這樣就可以使用這個(gè)對(duì)象和客戶(hù)端通信了。

類(lèi)聲明

classTcpServer
{
public:
TcpServer();
~TcpServer();
intsetListen(unsignedshortport);
TcpSocket*acceptConn(structsockaddr_in*addr=nullptr);

private:
intm_fd;//監(jiān)聽(tīng)的套接字
};

類(lèi)定義

TcpServer::TcpServer()
{
m_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
}

TcpServer::~TcpServer()
{
close(m_fd);
}

intTcpServer::setListen(unsignedshortport)
{
structsockaddr_insaddr;
saddr.sin_family=AF_INET;
saddr.sin_port=htons(port);
saddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//0=0.0.0.0
intret=bind(m_fd,(structsockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
if(ret==-1)
{
perror("bind");
return-1;
}
cout<

	

	通過(guò)調(diào)整可以發(fā)現(xiàn)，套接字服務(wù)器類(lèi)功能更加單一了，這樣設(shè)計(jì)即解決了代碼冗余問(wèn)題，還能使這兩個(gè)類(lèi)更容易維護(hù)。

	3. 測(cè)試代碼

	3.1 客戶(hù)端

	
intmain()
{
//1.創(chuàng)建通信的套接字
TcpSockettcp;

//2.連接服務(wù)器IPport
intret=tcp.connectToHost("192.168.237.131",10000);
if(ret==-1)
{
return-1;
}

//3.通信
intfd1=open("english.txt",O_RDONLY);
intlength=0;
chartmp[100];
memset(tmp,0,sizeof(tmp));
while((length=read(fd1,tmp,sizeof(tmp)))>0)
{
//發(fā)送數(shù)據(jù)
tcp.sendMsg(string(tmp,length));

cout<

	

	3.2 服務(wù)器端

	
structSockInfo
{
TcpServer*s;
TcpSocket*tcp;
structsockaddr_inaddr;
};

void*working(void*arg)
{
structSockInfo*pinfo=static_cast(arg);
//連接建立成功,打印客戶(hù)端的IP和端口信息
charip[32];
printf("客戶(hù)端的IP:%s,端口:%d
",
inet_ntop(AF_INET,&pinfo->addr.sin_addr.s_addr,ip,sizeof(ip)),
ntohs(pinfo->addr.sin_port));

//5.通信
while(1)
{
printf("接收數(shù)據(jù):.....
");
stringmsg=pinfo->tcp->recvMsg();
if(!msg.empty())
{
cout<tcp;
deletepinfo;
returnnullptr;
}

intmain()
{
//1.創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)的套接字
TcpServers;
//2.綁定本地的IPport并設(shè)置監(jiān)聽(tīng)
s.setListen(10000);
//3.阻塞并等待客戶(hù)端的連接
while(1)
{
SockInfo*info=newSockInfo;
TcpSocket*tcp=s.acceptConn(&info->addr);
if(tcp==nullptr)
{
cout<s=&s;
info->tcp=tcp;

pthread_create(&tid,NULL,working,info);
pthread_detach(tid);
}

return0;
}


	

	審核編輯：湯梓紅