UdpSocket

我们要用udp协议来实现网络通信。
我们要用udp协议实现两样：
UdpServer（服务器）
UdpClient（客户端）
客服端可以向服务器发送一些数据或者请求，服务器对其进行响应

UdpServer.hpp

UdpServer类

class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, std::string ip = ""): _port(port),_ip(ip){}bool ServerIinit(){}void ServerStart(){}~UdpServer(){}private:uint16_t _port;std::string _ip;int _sock;std::unordered_map<std::string, struct sockaddr_in> _users;
};

成员变量解释

uint16_t _port;
std::string _ip;
int _sock;
std::unordered_map<std::string, struct sockaddr_in> _users;

_port：服务器进程要绑定的端口号
_ip：指定连接该服务器的客户端IP，可以设为INADDR_ANY支持任意客户端连接服务器
_sock：套接字
_users：存储所有连接该服务器的端口号和sockaddr_in

成员函数解释

UdpServer(uint16_t port, std::string ip = ""): _port(port),_ip(ip)
{}bool ServerIinit()
{}void ServerStart()
{}~UdpServer()
{}

UdpServer：构造函数
参数解释：
port：服务器要绑定的端口号
ip：服务器要绑定的IP地址，如果不传默认为缺省值“”，如果为缺省值我们可以设为INADDR_ANY支持任意IP绑定

ServerIinit:初始化服务器

ServerStart：启动服务器

~UdpServer:析构函数，释放一些资源

UdpServer的实现

UdpServer(uint16_t port, std::string ip = ""): _port(port),_ip(ip)
{}

ServerIinit的实现

需要用到的接口介绍

socket

参数解释：
domain：

type：

protocol：

return value：

bind

参数介绍：
socetfd：创建套接字文件的文件描述符
addr：表示struct sockaddr的地址，用于设定要绑定的ip和端口
addr_len：struct sockaddr结构体的大小

struct sockaddr {sa_family_t sa_family;char        sa_data[14];
}

sa_family 用于指定AF_***表示使用什么协议族的ip
sa_data 存放ip和端口
这里有一个问题，直接向sa_data中写入ip和端口号有点麻烦，内核提供struct sockaddr_in结构体进行写入,通过/usr/include/linux/in.h可以看到结构体原型
使用该结构体时需要包含<netinet/in.h>头文件，且sockaddr_in结构体是专门为tcp/ip协议族使用，其他协议族需要使用其对应的转换结构体,比如**“域通信协议族**” 使用的是sockaddr_un结构体

struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t  sin_family;     /* Address family               */__be16                sin_port;       /* Port number                  */struct in_addr        sin_addr;       /* Internet address             *//* Pad to size of `struct sockaddr'. 设置IP端口号这个成员暂时用不到 */unsigned char         __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};/* Internet address.填补相比于struct sockaddr所缺的字节数，保障强制转换不要出错 */
struct in_addr {__be32  s_addr; // __be32是32位的unsigned int ，因为ipv4是无符号32位整型 
};

sockaddr_in结构体中存放的端口和ip是分开的，使用struct sockaddr_in设置后，让后将其强制转换为struct sockaddr类型，然后传递给bind函数即可

htons

inet_addr

具体实现

bool ServerIinit()
{//1.创建套接字//AF_INET 表示是网络编程//SOCK_DGRAM 表示使用的是udp协议_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);//如果返回值小于0，说明创建套接字失败if (_sock < 0){//打出创建的日志信息LogMessage(FATAL, "socket %s", strerror(errno));exit(2);}//打出创建的日志信息LogMessage(NORMAL, "udp socket success");//定义sockaddr_in 对象struct sockaddr_in local;//初始化sockaddr_in ，初始化为0bzero(&local, sizeof(local));//向sockaddr_in对象 local填入一些数据//local.sin_port server要绑定的端口号//local.sin_family server使用的协议家族，指明要使用什么协议//local.sin_addr.s_addr server要绑定的IP地址//htons()将端口号转化为大端local.sin_port = htons(_port);local.sin_family = AF_INET;//判断要绑定的IP地址是否为空，如果为空填入INADDR_ANY表示绑定任意IP地址//如果不为空填入该IP//inet_addr()做了两个工作//1.将字符串IP转化为32位整数 2.将32位整数转化为大端local.sin_addr.s_addr = _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());//2.开始绑定int n = bind(_sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));//如果绑定失败n bind会返回-1if (n == -1){//打印出绑定的日志信息LogMessage(FATAL, "bind %s", strerror(errno));exit(3);}//打印出绑定的日志信息LogMessage(NORMAL, "udp bind success");//到最后成功打印出初始化成功的日志信息LogMessage(NORMAL, "init udp server done ... %s", strerror(errno));return true;
}

ServerStart的实现

需要用到的接口介绍

recvfrom

参数解释：
sockfd：创建套接字文件的文件描述符
buffer：输出型参数，数据缓冲区数组，会把从网络中获取到的数据放入其中
len：buffer的大小
flages：

src_addr:指向一个sockaddr结构体，用于存储发送方的地址信息。
addrlen:src_addr结构体的大小
return value：

sendto

参数解释：
sockfd：创建套接字文件的文件描述符
buffer：要输入数据的数组
len：输入数据的长度
dest_addr:指向一个sockaddr结构体，用于存储接受方的地址信息。
addrlen:dest_addr结构体的大小
flags:

return value:

ntohs

inet_ntoa

具体实现

void ServerStart()
{//数据缓冲区char buffer[BUFFER_SIZE];//客户端的IP和port的临时存放区char key[64];//服务器肯定是一直循环执行的while (true){//定义peer结构体，peer是输出型参数，可以获取客户端的IP和portstruct sockaddr_in peer;//计算peer结构体的大小socklen_t len = sizeof(peer);//初始化peer结构体，初始化为0memset(&peer, 0, len);//recvfrom从_sock文件中获取数据int s = recvfrom(_sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);//s > 0 代表成功获取数据，我们要对该数据进行处理if (s > 0){buffer[s] = '\0';//因为端口是从网络中来的，所以是大端序列//ntohs将大端的port转化为小端uint16_t src_port = ntohs(peer.sin_port);//inet_ntoa做了两个工作//1.将网络中获取到的32位整数IP地址转化为小端序列//2.将IP地址转化为字符串std::string src_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr);//处理获取到的数据printf("[%s:%d]# %s\n", src_ip.c_str(), src_port, buffer);//将网络中的IP地址和端口号存入key中snprintf(key, sizeof(key), "%s-%u", src_ip.c_str(), src_port);LogMessage(NORMAL, "key: %s", key);//在_users中查找key，如果存在说明这个客户端之前有连接果不用在添加进_user中auto ret = _users.find(key);//如果不存在如果存在说明这个客户端第一次连接服务器，将其添加进_user中if (ret == _users.end()){LogMessage(NORMAL, "add new user : %s", key);_users.insert(std::make_pair(key, peer));}}//将收到的消息广播给所有主机for (auto &iter : _users){std::string send_message(key);send_message += "# ";send_message += buffer;LogMessage(NORMAL, "push message to %s", iter.first.c_str());//std::cout << send_message << std::endl;//sendto发送数据到_sock文件中，并指明要发送主机的IP地址和端口号//主机的IP地址和端口号在(struct sockaddr *)&iter.secondsendto(_sock, send_message.c_str(), send_message.size(), 0,(struct sockaddr *)&iter.second, len);}}
}

~UdpServer函数实现

~UdpServer(){if (_sock >= 0){close(_sock);}}

UdpServer.hpp整体完整代码

#include "Common.h"
#include "Log.hpp"class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, std::string ip = ""): _port(port),_ip(ip){}bool ServerIinit(){_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sock < 0){LogMessage(FATAL, "socket %s", strerror(errno));exit(2);}LogMessage(NORMAL, "udp socket success");struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local));local.sin_port = htons(_port);local.sin_family = AF_INET;local.sin_addr.s_addr = _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());int n = bind(_sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n == -1){LogMessage(FATAL, "bind %s", strerror(errno));exit(3);}LogMessage(NORMAL, "udp bind success");LogMessage(NORMAL, "init udp server done ... %s", strerror(errno));return true;}void ServerStart(){char buffer[BUFFER_SIZE];char key[64];while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);memset(&peer, 0, len);int s = recvfrom(_sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (s > 0){buffer[s] = '\0';uint16_t src_port = ntohs(peer.sin_port);std::string src_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr);printf("[%s:%d]# %s\n", src_ip.c_str(), src_port, buffer);snprintf(key, sizeof(key), "%s-%u", src_ip.c_str(), src_port);LogMessage(NORMAL, "key: %s", key);auto ret = _users.find(key);if (ret == _users.end()){LogMessage(NORMAL, "add new user : %s", key);_users.insert(std::make_pair(key, peer));}}for (auto &iter : _users){std::string send_message(key);send_message += "# ";send_message += buffer;LogMessage(NORMAL, "push message to %s", iter.first.c_str());//std::cout << send_message << std::endl;sendto(_sock, send_message.c_str(), send_message.size(), 0,(struct sockaddr *)&iter.second, len);}}}~UdpServer(){if (_sock >= 0){close(_sock);}}private:uint16_t _port;std::string _ip;int _sock;std::unordered_map<std::string, struct sockaddr_in> _users;
};

UdpServer.cc

#include "udp_server.hpp"static void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\t\n " << proc << " port\n" << std::endl;
}int main(int argc,char* argv[])
{//使用规则必须是 ./server portif(argc != 2){Usage(argv[0]);exit(1);}uint16_t port = atoi(argv[1]);//使用智能指针管理UdpServerstd::unique_ptr<UdpServer> svr(new UdpServer(port));svr->ServerIinit();svr->ServerStart();return 0;
}

UdpClient.cc

Thread.hpp

#include "Common.h"
#include "Log.hpp"typedef void *(*fun_t)(void *);class ThreadData
{
public:std::string _name;void *_args;
};class Thread
{
public:Thread(std::string name, fun_t routine, void *args){_thread_data._name = name;_func = routine;_thread_data._args = args;}void Start(){pthread_create(&_tid, nullptr, _func, (void*)&_thread_data);//std::cout <<  _thread_data._name << " create success" << std::endl;LogMessage(NORMAL,"%s creadte success",_thread_data._name.c_str());}void Join(){pthread_join(_tid, nullptr);//std::cout <<  _thread_data._name << " join success" << std::endl;LogMessage(NORMAL,"%s join success",_thread_data._name.c_str());}std::string GetName(){return _thread_data._name;}private:ThreadData _thread_data;pthread_t _tid;fun_t _func;
};

UdpClient.cc实现

#include "Common.h"
#include "Log.hpp"
#include "Thread.hpp"std::string serverip;
uint16_t serverport = 0;static void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\t\n " << proc << " serverip serverport\n"<< std::endl;
}//发送数据的线程
void *udpSend(void *args)
{int sock = *((int *)((ThreadData *)args)->_args);//std::cout << sock << std::endl;struct sockaddr_in server;bzero(&server, sizeof(server));server.sin_port = htons(serverport);//std::cout << serverport << std::endl;;//std::cout << serverip << std::endl;server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());std::string message;while (true){std::cerr << "Please Entery your message: ";std::getline(std::cin, message);if (message.c_str() == "quit"){LogMessage(NORMAL, "client quit");break;}sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));}
}//接收数据的线程
void *udpRecv(void *args)
{int sock = *((int *)((ThreadData *)args)->_args);//std::cout << sock << std::endl;char buffer[BUFFER_SIZE];while (true){struct sockaddr_in temp;socklen_t len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&temp,&len);//std::cout << buffer;if(s > 0){buffer[s] = '\0';std::cout << buffer << std::endl;}}
}int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){Usage(argv[0]);exit(1);}int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sock < 0){LogMessage(FATAL, "socket %s", strerror(errno));exit(1);}LogMessage(NORMAL, "socket %s", strerror(errno));serverip = argv[1];serverport = atoi(argv[2]);//多线程版std::unique_ptr<Thread> sender(new Thread("send_thread", udpSend, (void *)&sock));std::unique_ptr<Thread> recver(new Thread("recv_thread", udpRecv, (void *)&sock));sender->Start();recver->Start();sender->Join();recver->Join();// LogMessage(NORMAL, "%s%d",serverip.c_str(),serverport);//单线程版 弊端：一直卡在发送数据处，当别人发消息时，无法及时接收/* struct sockaddr_in server;bzero(&server, sizeof(server));server.sin_port = htons(serverport);server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());std::string message;char buffer[BUFFER_SIZE];while (true){std::cout << "Please Entery your message: ";std::getline(std::cin, message);if (message.c_str() == "quit"){LogMessage(NORMAL, "client quit");break;}//std::cout << message;sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));struct sockaddr_in temp;socklen_t len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&temp,&len);//std::cout << buffer;if(s > 0){buffer[s] = '\0';std::cout << buffer << std::endl;}} */return 0;
}

Common.h

共用的头文件

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <memory>
#include <cstring>
#include <cerrno>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdarg.h>
#include <pthread.h>#define BUFFER_SIZE 1024

Log.hpp

打印日志的函数

#pragma once
#include "Common.h"// 日志是有日志级别的
#define DEBUG 0
#define NORMAL 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4#define STANDARD_NUM 1024
#define CUSTOM_NUM 1024const char *gLevelMap[] = {"DEBUG","NORMAL","WARNING","ERROR","FATAL"};void LogMessage(int level, const char *format, ...)
{#ifndef DEBUG_SHOWif(level== DEBUG) return;
#endif// 标准部分char standard_buffer[STANDARD_NUM];snprintf(standard_buffer, sizeof(standard_buffer), "[%s][%ld]", gLevelMap[level], time(nullptr));// 自定义部分char custom_buffer[CUSTOM_NUM];va_list args;va_start(args, format);vsnprintf(custom_buffer, sizeof(custom_buffer), format, args);va_end(args);printf("%s%s\n", standard_buffer, custom_buffer);
}