Linux下TCP/IP socket编程(C++)

一、基于TCP的c/s交互流程

C/S

C/S
  • 服务器端:
    socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/read() ↔ send()/write() → close()
    创建socket → 绑定socket和端口号 → 监听端口号 → 接收来自客户端的连接请求 → 从socket中读取字符 → 关闭socket

  • 客户端:
    socket() → connect() → send()/write() ↔ recv()/read() → close()
    创建socket → 连接指定服务器的IP/端口号 → 向socket中写入信息 → 关闭socket

二、C++代码实现

1、server.cpp

按照该实现,服务器每次只能服务一个客户端。

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include "cs.h"
#include "ErrCode.h"

using namespace std;

#define PORT 9977
#define MSG_SIZE 4096
#define MAX_LINE 20

int server() {
    char cMsg[MSG_SIZE], sMsg[MSG_SIZE];

    struct sockaddr_in serverAddr; // 一个将来与套接字绑定的结构体
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_port = (PORT); // 从服务器的PORT端口接收客户端信息
    serverAddr.sin_family = AF_INET; // 协议簇,AF_INET表示TCP/IP协议
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 指定接收的信息来自于某个IP,这里随意

    int fd_skt = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // (1)socket函数新建套接字fd_skt
    if (fd_skt < 0) {
        perror("server socket err");
        return SERVER_SOCKET_ERR;
    }

    if (bind(fd_skt, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0 ) { // (2)bind绑定套接字与serverAddr
        perror("server bind err");
        return SERVER_BIND_ERR;
    }
    if (listen(fd_skt, MAX_LINE) < 0) { // (3)listen监听套接字fd_skt
        perror("server listen err");
        return SERVER_LISTEN_ERR;
    }
    cout << "Listening..." << endl;

    while(1) {
        memset(cMsg, 0, sizeof(cMsg));
        memset(sMsg, 0, sizeof(sMsg));

        struct sockaddr_in clientAddr;
        socklen_t length = sizeof(clientAddr);
        int fd_client = accept(fd_skt, (struct sockaddr*)&clientAddr, &length);
        // (4)accept接收连接请求:程序在此阻塞直至产生第一次握手
        // 接收到的信息存于第二第三个参数中
        // 返回值是新的文件描述符,用于后续read和write调用

        if (fd_client < 0) {
            perror("server accept err");
            return SERVER_ACCEPT_ERR;
        }
        
        cout << "server: got connection from " << clientAddr.sin_addr.s_addr
             << ", port " << PORT
             << ", socket" << fd_client << endl;
        while(1) {
          int cLen = recv(fd_client, cMsg, sizeof(cMsg), 0); // (5)read将接收到的客户端消息存在cMsg中
          if (cLen <= 0) {
              perror("server recv err");
              return SERVER_RECV_ERR;
          }
          cMsg[cLen] = '\0';
          cout << "Receive message form <" << clientAddr.sin_addr.s_addr << ">: " << cMsg << endl;

          cin.ignore(1024,'\n'); // 去除上一个cin残留在缓冲区的\n 
          cin.getline(sMsg, sizeof(sMsg)); // 不用cin,因为不能含空格
          if(strcmp(sMsg, "quit\n") == 0){
              break; // 结束对当前客户端的服务
          }

          if(send(fd_client, sMsg, strlen(sMsg), 0) <= 0) { // (6)send将服务器的消息发给客户端
              perror("server send err");
              return SERVER_SEND_ERR;
          }
          // recv和send的返回值:
          // >0表示成功,返回实际发送或接受的字节数
          // =0表示超时,对方主动关闭了连接过程
          // <0出错
          cout << "Send message to <" << clientAddr.sin_addr.s_addr << ">: " << sMsg << endl;
        }
        close(fd_client);
        cout << "当前客户端已结束通信,是否继续等待其他客户端?(1 - 是, 0 - 否)" << endl;
        bool isContinue = false;
        cin >> isContinue;
        if (!isContinue) {
           break;
        }
    }
    close(fd_skt);
    return SUCCESS;
}

2、client.cpp

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include "cs.h"
#include "ErrCode.h"

using namespace std;

#define PORT 9977
#define MAX_LINE 20
#define MSG_SIZE 4096
#define DEFAULT_SERVER "127.0.0.1"

int client() {
    char cMsg[MSG_SIZE], sMsg[MSG_SIZE];

    struct sockaddr_in serverAddr; // 一个将来与套接字绑定的结构体
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_port = (PORT); // 从客户端的PORT端口接收服务器信息
    serverAddr.sin_family = AF_INET; // 协议簇,AF_INET表示TCP/IP协议   
    cout << "Please input the server address: (输入1连接默认服务器)" << endl;
    char sAddr[20];
    cin >> sAddr;
    if (strcmp(sAddr, "1") == 0) {
        if(inet_pton(AF_INET, DEFAULT_SERVER, (void *)&serverAddr.sin_addr) <= 0) {
            perror("client inet_pton err");
            return CLIENT_INETPTON_ERR;
        }
    }
    else {
        if(inet_pton(AF_INET, DEFAULT_SERVER, (void *)&serverAddr.sin_addr) <= 0) {
            perror("client inet_pton err");
            return CLIENT_INETPTON_ERR;
        }
    }

    int fd_skt = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // (1)socket函数新建套接字fd_skt
    if (fd_skt < 0) {
        perror("client socket err");
        return CLIENT_SOCKET_ERR;
    }
    
    if (connect(fd_skt, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) { //(2)connect向服务器发起连接请求
        perror("client connect err");       
        return CLIENT_CONNECT_ERR;
    }

    cout << "Connect Success! \nBegin to chat..." << endl;

    while(1) {
        memset(cMsg, 0, sizeof(cMsg));
        memset(sMsg, 0, sizeof(sMsg));

        cin.ignore(1024,'\n'); // 去除上一个cin残留在缓冲区的\n
        cin.getline(cMsg, sizeof(cMsg)); // 不用cin,因为不能含空格
        if(strcmp(cMsg, "quit\n") == 0){
            break;
        }
        if(send(fd_skt, cMsg, strlen(cMsg), 0) < 0) { // (3)send,客户端向服务端发消息
            perror("client send err");
            return CLIENT_SEND_ERR;
        }
        cout << "Send message to <" << serverAddr.sin_addr.s_addr << ">: " << cMsg << endl;
        

        int sLen = recv(fd_skt, sMsg, sizeof(sMsg),0); // (4) recv,接收服务器发来的消息
        if(sLen <= 0) { 
            perror("client recv err");
            return CLIENT_RECV_ERR;
        }
        sMsg[sLen] = '\0';
        cout << "Receive message form <" << serverAddr.sin_addr.s_addr << ">: " << sMsg << endl;
    }
    close(fd_skt);
}

3、main.cpp

#include <iostream>
#include "cs.h"

using namespace std;

int main() {
    cout << "————————【chat start】————————" << endl;
    while(1) {
        cout << "Client or Server?" << endl;
        char cs;
        cin >> cs;
        if (cs == 's') {
            if(server() != 0){
                break;
            }
        }
        else if (cs == 'c') {
            if(client() != 0){
                break;
            }
        }
        else {
            cout << "err input" << endl;
        }
    }
    cout << "————————【chat end】————————" << endl;
    return 0;
}

4、ErrCode.h

#define SUCCESS             0

#define SERVER_SOCKET_ERR   1000
#define SERVER_BIND_ERR     1001
#define SERVER_LISTEN_ERR   1002
#define SERVER_ACCEPT_ERR   1003 
#define SERVER_RECV_ERR     1004
#define SERVER_SEND_ERR     1005

#define CLIENT_INETPTON_ERR 1010
#define CLIENT_SOCKET_ERR   1011
#define CLIENT_CONNECT_ERR  1012
#define CLIENT_SEND_ERR     1013
#define CLIENT_RECV_ERR     1014

5、cs.h

#include <iostream>

int server();
int client();

3、运行效果

client
server
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