tcp网络通信

一、源代码说明

freecplus是一个Linux系统下的C/C++开源框架，源代码请前往C语言技术网(www.freecplus.net)下载。

本文介绍的是freecplus框架的TCP/IP协议网络通信的函数和类。

函数和类的声明文件是freecplus/_freecplus.h。

函数和类的定义文件是freecplus/_freecplus.cpp。

示例程序位于freecplus/demo目录中。

编译规则文件是freecplus/demo/makefile。

二、概述

freecplus框架对socket通信封装如下：

CTcpClient类：socket通信的客户端类。

CTcpServer类：socket通信的服务端类。

TcpRead函数：接收socket的对端发送过来的数据。

TcpWrite函数：向socket的对端发送数据。

Readn函数：从已经准备好的socket中读取数据。

Writen函数：向已经准备好的socket中写入数据。

在阅读本文章之前，您必须熟悉TCP/IP协议和socket通信，本文是介绍的是freecplus框架中网络通信的类和函数的用法，不会介绍网络通信的基础知识。

三、通信的报文格式

freecplus框架的socket通信报文格式如下：

报文长度+报文内容

报文长度为4字节的整数，表示的是报文内容的长度，而不是整个TCP报文的长度，整个TCP报文的长度是报文内容的长度+4。

报文长度是4字节的整数，即int，是以二进制流的方式写入socket，不是ascii码。

采用CTcpClient类、CTcpServer类、TcpRead函数和TcpWrite函数进行socket通信，可以避免TCP报文粘包的问题。

四、socket通信客户端

socket通信的客户端封装在CTcpClient类中。

类的声明：

// socket通信的客户端类
class CTcpClient
{
public:
  int  m_sockfd;    // 客户端的socket.
  char m_ip[21];    // 服务端的ip地址。
  int  m_port;      // 与服务端通信的端口。
  bool m_state;     // 与服务端的socket连接状态。
  bool m_btimeout;  // 调用Read和Write方法时，失败的原因是否是超时：true-未超时，false-已超时。
  int  m_buflen;    // 调用Read方法后，接收到的报文的大小，单位：字节。

  CTcpClient();  // 构造函数。

  // 向服务端发起连接请求。
  // ip：服务端的ip地址。
  // port：服务端监听的端口。
  // 返回值：true-成功；false-失败。
  bool ConnectToServer(const char *ip,const int port);

  // 接收服务端发送过来的数据。
  // buffer：接收数据缓冲区的地址，数据的长度存放在m_buflen成员变量中。
  // itimeout：等待数据的超时时间，单位：秒，缺省值是0-无限等待。
  // 返回值：true-成功；false-失败，失败有两种情况：1）等待超时，成员变量m_btimeout的值被设置为true；2）socket连接已不可用。
  bool Read(char *buffer,const int itimeout=0);

  // 向服务端发送数据。
  // buffer：待发送数据缓冲区的地址。
  // ibuflen：待发送数据的大小，单位：字节，缺省值为0，如果发送的是ascii字符串，ibuflen取0，如果是二进制流数据，ibuflen为二进制数据块的大小。
  // 返回值：true-成功；false-失败，如果失败，表示socket连接已不可用。
  bool Write(const char *buffer,const int ibuflen=0);

  // 断开与服务端的连接
  void Close();

  ~CTcpClient();  // 析构函数自动关闭socket，释放资源。
};

五、socket通信的服务端

socket通信的服务端封装在CTcpServer类中。

类的声明：

// socket通信的服务端类
class CTcpServer
{
private:
  int m_socklen;                    // 结构体struct sockaddr_in的大小。
  struct sockaddr_in m_clientaddr;  // 客户端的地址信息。
  struct sockaddr_in m_servaddr;    // 服务端的地址信息。
public:
  int  m_listenfd;   // 服务端用于监听的socket。
  int  m_connfd;     // 客户端连接上来的socket。
  bool m_btimeout;   // 调用Read和Write方法时，失败的原因是否是超时：true-未超时，false-已超时。
  int  m_buflen;     // 调用Read方法后，接收到的报文的大小，单位：字节。

  CTcpServer();  // 构造函数。

  // 服务端初始化。
  // port：指定服务端用于监听的端口。
  // 返回值：true-成功；false-失败，一般情况下，只要port设置正确，没有被占用，初始化都会成功。
  bool InitServer(const unsigned int port); 

  // 阻塞等待客户端的连接请求。
  // 返回值：true-有新的客户端已连接上来，false-失败，Accept被中断，如果Accept失败，可以重新Accept。
  bool Accept();

  // 获取客户端的ip地址。
  // 返回值：客户端的ip地址，如"192.168.1.100"。
  char *GetIP();

  // 接收客户端发送过来的数据。
  // buffer：接收数据缓冲区的地址，数据的长度存放在m_buflen成员变量中。
  // itimeout：等待数据的超时时间，单位：秒，缺省值是0-无限等待。
  // 返回值：true-成功；false-失败，失败有两种情况：1）等待超时，成员变量m_btimeout的值被设置为true；2）socket连接已不可用。
  bool Read(char *buffer,const int itimeout);

  // 向客户端发送数据。
  // buffer：待发送数据缓冲区的地址。
  // ibuflen：待发送数据的大小，单位：字节，缺省值为0，如果发送的是ascii字符串，ibuflen取0，如果是二进制流数据，ibuflen为二进制数据块的大小。
  // 返回值：true-成功；false-失败，如果失败，表示socket连接已不可用。
  bool Write(const char *buffer,const int ibuflen=0);

  // 关闭监听的socket，即m_listenfd，常用于多进程服务程序的子进程代码中。
  void CloseListen();

  // 关闭客户端的socket，即m_connfd，常用于多进程服务程序的父进程代码中。
  void CloseClient();

  ~CTcpServer();  // 析构函数自动关闭socket，释放资源。
};

六、示例程序

1、客户端

示例（demo47.cpp）

/*
 *  程序名：demo47.cpp，此程序演示采用freecplus框架的CTcpClient类实现socket通信的客户端。
 *  作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "../_freecplus.h"

int main(int argc,char *argv[])
{
  CTcpClient TcpClient;   // 创建客户端的对象。
  
  if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5858)==false) // 向服务端发起连接请求。
  {
    printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.16.0.15\",5858) failed.\n"); return -1;
  }

  char strbuffer[1024];    // 存放数据的缓冲区。

  for (int ii=0;ii<5;ii++)   // 利用循环，与服务端进行5次交互。
  {
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    snprintf(strbuffer,50,"这是第%d个超级女生，编号%03d。",ii+1,ii+1);
    printf("发送：%s\n",strbuffer);
    if (TcpClient.Write(strbuffer)==false) break;    // 向服务端发送请求报文。

    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    if (TcpClient.Read(strbuffer,20)==false) break;  // 接收服务端的回应报文。
    printf("接收：%s\n",strbuffer);

    sleep(1);
  }

  // 程序直接退出，析构函数会释放资源。
}

2、服务端

示例（demo48.cpp）

/*
 *  程序名：demo48.cpp，此程序演示采用freecplus框架的CTcpServer类实现socket通信的服务端。
 *  作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "../_freecplus.h"

int main(int argc,char *argv[])
{
  CTcpServer TcpServer;   // 创建服务端对象。
  
  if (TcpServer.InitServer(5858)==false) // 初始化TcpServer的通信端口。
  {
    printf("TcpServer.InitServer(5858) failed.\n"); return -1;
  }
  
  if (TcpServer.Accept()==false)   // 等待客户端连接。
  {
    printf("TcpServer.Accept() failed.\n"); return -1;
  }

  printf("客户端(%s)已连接。\n",TcpServer.GetIP());

  char strbuffer[1024];  // 存放数据的缓冲区。

  while (true)
  {
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    if (TcpServer.Read(strbuffer,300)==false) break; // 接收客户端发过来的请求报文。
    printf("接收：%s\n",strbuffer);

    strcat(strbuffer,"ok");      // 在客户端的报文后加上"ok"。
    printf("发送：%s\n",strbuffer);
    if (TcpServer.Write(strbuffer)==false) break;     // 向客户端回应报文。
  }

  printf("客户端已断开。\n");    // 程序直接退出，析构函数会释放资源。
}

3、运行程序前的准备端

我希望您已经学过计算机网络的基础知识，在运行示例程序之前，请确保您的Linux操作系统已开通防火墙。

在demo47.cpp和demo48.cpp程序中，服务端的ip地址和通信端口是写死在程序中的，请根据您的实际情况修改它们，然后重新编译。

4、运行程序

先启动demo48，然后启动demo47。

demo47的运行效果如下：

demo48的运行效果如下：

七、socket通信的函数

采用CTcpClient和CTcpServer类实现socket通信功能非常方便，但是在实际开发中，某些场景中不能只依赖这两个类，例如多程线和异步通信等场景，还必须结合以下将要介绍的几个函数一起使用。

1、TcpRead函数

接收socket的对端发送过来的数据。

函数的声明：

bool TcpRead(const int sockfd,char *buffer,int *ibuflen,const int itimeout=0);

参数说明：

sockfd：可用的socket连接。

buffer：接收数据缓冲区的地址。

ibuflen：本次成功接收数据的字节数。

itimeout：接收等待超时的时间，单位：秒，缺省值是0-无限等待。

返回值：true-成功；false-失败，失败有两种情况：1）等待超时；2）socket连接已不可用。

在CTcpClient和CTcpServer类的Read方法中调用了TcpRead函数。

2、TcpWrite函数

向socket的对端发送数据。

函数的声明：

bool TcpWrite(const int sockfd,const char *buffer,const int ibuflen=0);

参数说明：

sockfd：可用的socket连接。

buffer：待发送数据缓冲区的地址。

ibuflen：待发送数据的字节数，如果发送的是ascii字符串，ibuflen取0，如果是二进制流数据，ibuflen为二进制数据块的大小。

返回值：true-成功；false-失败，如果失败，表示socket连接已不可用。

在CTcpClient和CTcpServer类的Write方法中调用了TcpRead函数。

3、Readn函数

从已经准备好的socket中读取数据。

函数的声明：

bool Readn(const int sockfd,char *buffer,const size_t n);

sockfd：已经准备好的socket连接。

buffer：接收数据缓冲区的地址。

n：本次接收数据的字节数。

返回值：成功接收到n字节的数据后返回true，socket连接不可用返回false。

注意：

1）sockfd是已经准备好的socket连接，那什么是已经准备好的socket？在这个socket上，已经或马上有n字节的数据一定会到达。

2）成功接收到n字节的数据后返回true，如果没有n字节的数据怎么办？不会，在1）中已经说明了，一定会有n字节的数据会到达。

3）如果数据大于n字节怎么办？Readn只读取n个字节的数据，其它的数据属于其它的报文。

4）socket的对端是采用Writen方法写入的数据。

在TcpRead函数中，调用了Readn函数。

4、Writen函数

向已经准备好的socket中写入数据。

函数的声明：

bool Writen(const int sockfd,const char *buffer,const size_t n);

sockfd：已经准备好的socket连接。

buffer：待发送数据缓冲区的地址。

n：待发送数据的字节数。

返回值：成功发送完n字节的数据后返回true，socket连接不可用返回false。

在TcpWrite函数中，调用了Writen函数。

八、版权声明

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来源：C语言技术网（www.freecplus.net）
作者：码农有道