項目-SERVER模塊-Socket模塊

Socket模塊

  • 一、Socket模塊是什么？
  • 二、代碼實現
    • 1.成員變量
    • 2.構造、析構函數
    • 3.獲取套接字文件描述符
    • 4.創建套接字
    • 5.綁定地址信息
    • 6.開始監聽連接請求
    • 7.向服務器發起連接
    • 8.獲取新連接
    • 9.接收數據
    • 10.非阻塞接收數據
    • 11.發送數據
    • 12.非阻塞發送數據
    • 13.關閉套接字
    • 14.創建一個服務端連接
    • 15.創建一個客戶端連接
    • 16.設置套接字選項——開啟地址端口重用
    • 17. 設置套接字阻塞屬性——設置為非阻塞
    • 18.測試代碼
    • 19.整體源代碼

一、Socket模塊是什么？

Socket模塊是對套接字操作封裝的?個模塊，主要實現的socket的各項操作。
在這里插入圖片描述

二、代碼實現

1.成員變量

這行代碼表示在類（class）的私有（private）部分聲明了一個整型變量 _sockfd，用于存儲某個類的套接字文件描述符。在類的私有部分聲明的成員只能在該類的成員函數內部訪問，外部無法直接訪問。

private:int _sockfd;

2.構造、析構函數

這段代碼展示了一個名為Socket的類的構造函數和析構函數的定義：

  1. Socket() : _sockfd(-1) {}: 這是一個無參數的構造函數，用于初始化Socket類的對象。在這個構造函數中，通過初始化列表將_sockfd成員變量設置為-1，表示套接字文件描述符的初始值為-1。

  2. Socket(int sockfd) : _sockfd(sockfd) {}: 這是一個帶有整型參數的構造函數，用于初始化Socket類的對象并指定套接字文件描述符的值。在這個構造函數中，通過初始化列表將_sockfd成員變量設置為傳入的參數sockfd的值。

  3. ~Socket() { Close(); }: 這是Socket類的析構函數，用于釋放資源和清理工作。在析構函數中調用了Close()函數，該函數應該是Socket類的一個成員函數，用于關閉套接字。通過在析構函數中調用Close()函數，確保在對象被銷毀時及時關閉相關資源，避免資源泄漏。

public:Socket() : _sockfd(-1) {}Socket(int sockfd) : _sockfd(sockfd) {}~Socket() { Close(); }

3.獲取套接字文件描述符

這段代碼定義了一個名為get_fd()的成員函數，用于獲取類中私有成員變量_sockfd的值（套接字文件描述符）。該函數返回整型值，表示獲取到的套接字文件描述符。

通過定義這樣的成員函數，可以在類外部獲取Socket類對象的套接字文件描述符，同時保持_sockfd作為私有成員的封裝性。這樣的設計方式遵循了面向對象編程的封裝原則，將類的數據隱藏起來，只允許通過成員函數來進行訪問和操作，從而提高了代碼的安全性和可維護性。

    // 獲取套接字文件描述符int get_fd() { return _sockfd; }

4.創建套接字

    // 創建套接字bool Create(){// 調用socket函數創建套接字// int socket(int domain, int type, int protocol)_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// 檢查套接字創建是否成功if (_sockfd < 0){// 套接字創建失敗時輸出日志信息INF_LOG("Socket creation failed");return false;}// 套接字創建成功return true;}

5.綁定地址信息

// 綁定地址和端口
bool Bind(const std::string &ip, uint16_t port)
{// 創建一個 sockaddr_in 結構體并設置相關參數struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;  // 設置地址族為IPv4// 將端口號轉換為網絡字節順序addr.sin_port = htons(port);// 將IP地址轉換為網絡字節順序并填入結構體中addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());// 計算地址結構體的長度socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);// 調用bind函數將套接字和地址綁定int ret = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&addr, len);if (ret < 0){// 綁定失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("BIND ADDRESS FAILED!");return false;}// 綁定成功return true;
}

6.開始監聽連接請求

// 開始監聽連接請求
bool Listen(int backlog = MAX_LISTEN)
{// 調用listen函數開始監聽連接請求int ret = listen(_sockfd, backlog);if (ret < 0){// 監聽失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("SOCKET LISTEN FAILED!");return false;}// 監聽成功return true;
}

7.向服務器發起連接

// 向服務器發起連接
bool Connection(const std::string &ip, uint16_t port)
{// 創建一個 sockaddr_in 結構體并設置相關參數struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;  // 設置地址族為IPv4// 將端口號轉換為網絡字節順序addr.sin_port = htons(port);// 將IP地址轉換為網絡字節順序并填入結構體中addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());// 計算地址結構體的長度socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);// 調用connect函數發起連接請求int ret = connect(_sockfd, (struct sockaddr *)&addr, len);if (ret < 0){// 連接失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("CONNECT SERVER FAILED!");return false;}// 連接成功return true;
}

8.獲取新連接

// 獲取新連接
int Accept()
{// 調用accept函數接受新的連接// int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *len);int newfd = accept(_sockfd, NULL, NULL);if (newfd < 0){// 接受連接失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("SOCKET ACCEPT FAILED!");return -1;}// 返回新的文件描述符return newfd;
}

9.接收數據

// 接收數據
ssize_t Recv(void *buf, size_t len, int flag = 0)
{// 調用recv函數接收數據ssize_t s = recv(_sockfd, buf, len, flag);if (s <= 0){if (errno == EINTR || errno == EAGAIN){// 如果是由于被信號中斷或者暫時沒有數據可讀造成的接收失敗，則記錄日志并返回0INF_LOG("Recv has not ready!");return 0;}// 其他接收失敗的情況，記錄錯誤日志信息并返回-1ERR_LOG("read failed!");return -1;}// 返回實際接收的數據長度return s;
}

10.非阻塞接收數據

// 非阻塞接收數據
ssize_t NonBlockRecv(void *buf, size_t len)
{// 調用Recv函數，設置MSG_DONTWAIT標志表示非阻塞接收return Recv(buf, len, MSG_DONTWAIT);
}

11.發送數據

// 發送數據
ssize_t Send(const void *buf, size_t len, int flag = 0)
{// 調用send函數發送數據// ssize_t send(int sockfd, void *data, size_t len, int flag);ssize_t ret = send(_sockfd, buf, len, flag);if (ret < 0){// 發送失敗時記錄錯誤日志信息并返回-1ERR_LOG("SOCKET SEND FAILED!!");return -1;}// 返回實際發送的數據長度return ret;
}

12.非阻塞發送數據

// 非阻塞發送數據
ssize_t NonBlockSend(void *buf, size_t len)
{// 調用Send函數，設置MSG_DONTWAIT標志表示非阻塞發送return Send(buf, len, MSG_DONTWAIT);
}

13.關閉套接字

// 關閉套接字
void Close()
{// 檢查套接字是否有效，如果有效則關閉套接字if (_sockfd != -1)close(_sockfd);// 將套接字文件描述符設置為無效值_sockfd = -1;
}

14.創建一個服務端連接

// 創建一個服務端連接
bool CreateServer(uint16_t port, const std::string &ip = DEFAULT_IP, bool block_flag = false)
{// 1. 創建套接字 // 2. 綁定地址 // 3. 開始監聽 // 4. 設置非阻塞 // 5. 啟動地址重用// 如果創建套接字失敗，則返回falseif (Create() == false) return false;// 如果需要設置為非阻塞模式，則調用NonBlock函數if (block_flag) NonBlock();// 綁定地址，如果綁定失敗則返回falseif (Bind(ip, port) == false) return false;// 開始監聽，如果監聽失敗則返回falseif (Listen() == false) return false;// 啟動地址重用ReuseAddress();return true;
}

15.創建一個客戶端連接

// 創建一個客戶端連接
bool CreateClient(uint16_t port, const std::string &ip)
{// 1. 創建套接字 // 2. 指向連接服務器// 如果創建套接字失敗，則返回falseif (Create() == false)  return false;// 連接服務器，如果連接失敗則返回falseif (Connection(ip, port) == false)return false;return true;
}

16.設置套接字選項——開啟地址端口重用

// 設置套接字選項——開啟地址端口重用
void ReuseAddress()
{// 使用setsockopt函數設置SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT選項開啟地址和端口重用int val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void*)&val, sizeof(int));val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (void*)&val, sizeof(int));
}

17. 設置套接字阻塞屬性——設置為非阻塞

// 設置套接字阻塞屬性——設置為非阻塞
void NonBlock()
{// 使用fcntl函數獲取當前套接字的屬性，并設置為非阻塞模式//int fcntl(int fd,int cmd,.../* arg */);int flag = fcntl(_sockfd, F_GETFL, 0);fcntl(_sockfd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);
}

18.測試代碼

這段代碼是一個簡單的基于Socket的服務器端程序，它創建一個服務器Socket并監聽指定端口（8500）。然后在一個無限循環中接受客戶端連接，接收客戶端發送的數據，并將數據原樣發送回客戶端，最后關閉與客戶端的連接。注意：需要打開兩個終端分別運行服務器端和客戶端

//服務器端
#include"../source/server.hpp"
int main(){Socket lst_sock;lst_sock.CreateServer(8500);while(1){int newfd =lst_sock.Accept();if(newfd <0){continue;}  Socket cli_sock(newfd);char buf[1024]={0};int ret= cli_sock.Recv(buf, 1023);if(ret < 0){cli_sock.Close();continue;}cli_sock.Send(buf, ret);cli_sock.Close();}lst_sock.Close();return 0;
}

//客戶端口
#include"../source/server.hpp"
int main()
{Socket cli_sock;cli_sock.CreateClient(8500,"127.0.0.1");std::string str="hello have a good day~";cli_sock.Send(str.c_str(),str.size());char buf[1024]={0};cli_sock.Recv(buf,1023);DBG_LOG("%s",buf);return 0;
}

測試結果：
在這里插入圖片描述

19.整體源代碼

// Socket //
#define MAX_LISTEN 1024
#define DEFAULT_IP "0.0.0.0"
class Socket
{
private:int _sockfd;
public:Socket() : _sockfd(-1) {}Socket(int sockfd) : _sockfd(sockfd) {}~Socket() { Close(); }// 獲取套接字文件描述符int get_fd() { return _sockfd; }// 創建套接字bool Create(){// 調用socket函數創建套接字// int socket(int domain, int type, int protocol)_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// 檢查套接字創建是否成功if (_sockfd < 0){// 套接字創建失敗時輸出日志信息INF_LOG("Socket creation failed");return false;}// 套接字創建成功return true;}// 綁定地址和端口bool Bind(const std::string &ip, uint16_t port){// 創建一個 sockaddr_in 結構體并設置相關參數struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;  // 設置地址族為IPv4// 將端口號轉換為網絡字節順序addr.sin_port = htons(port);// 將IP地址轉換為網絡字節順序并填入結構體中addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());// 計算地址結構體的長度socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);// 調用bind函數將套接字和地址綁定int ret = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&addr, len);if (ret < 0){// 綁定失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("BIND ADDRESS FAILED!");return false;}// 綁定成功return true;}// 開始監聽連接請求bool Listen(int backlog = MAX_LISTEN){// 調用listen函數開始監聽連接請求int ret = listen(_sockfd, backlog);if (ret < 0){// 監聽失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("SOCKET LISTEN FAILED!");return false;}// 監聽成功return true;}// 向服務器發起連接bool Connection(const std::string &ip, uint16_t port){// 創建一個 sockaddr_in 結構體并設置相關參數struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;  // 設置地址族為IPv4// 將端口號轉換為網絡字節順序addr.sin_port = htons(port);// 將IP地址轉換為網絡字節順序并填入結構體中addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());// 計算地址結構體的長度socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);// 調用connect函數發起連接請求int ret = connect(_sockfd, (struct sockaddr *)&addr, len);if (ret < 0){// 連接失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("CONNECT SERVER FAILED!");return false;}// 連接成功return true;}// 獲取新連接int Accept(){// 調用accept函數接受新的連接// int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *len);int newfd = accept(_sockfd, NULL, NULL);if (newfd < 0){// 接受連接失敗時輸出錯誤日志信息ERR_LOG("SOCKET ACCEPT FAILED!");return -1;}// 返回新的文件描述符return newfd;}// 接收數據ssize_t Recv(void *buf, size_t len, int flag = 0){// 調用recv函數接收數據ssize_t s = recv(_sockfd, buf, len, flag);if (s <= 0){if (errno == EINTR || errno == EAGAIN){// 如果是由于被信號中斷或者暫時沒有數據可讀造成的接收失敗，則記錄日志并返回0INF_LOG("Recv has not ready!");return 0;}// 其他接收失敗的情況，記錄錯誤日志信息并返回-1ERR_LOG("read failed!");return -1;}// 返回實際接收的數據長度return s;}// 非阻塞接收數據ssize_t NonBlockRecv(void *buf, size_t len){// 調用Recv函數，設置MSG_DONTWAIT標志表示非阻塞接收return Recv(buf, len, MSG_DONTWAIT);}// 發送數據ssize_t Send(const void *buf, size_t len, int flag = 0){// 調用send函數發送數據// ssize_t send(int sockfd, void *data, size_t len, int flag);ssize_t ret = send(_sockfd, buf, len, flag);if (ret < 0){// 發送失敗時記錄錯誤日志信息并返回-1ERR_LOG("SOCKET SEND FAILED!!");return -1;}// 返回實際發送的數據長度return ret;}// 非阻塞發送數據ssize_t NonBlockSend(void *buf, size_t len){// 調用Send函數，設置MSG_DONTWAIT標志表示非阻塞發送return Send(buf, len, MSG_DONTWAIT);}// 關閉套接字void Close(){// 檢查套接字是否有效，如果有效則關閉套接字if (_sockfd != -1)close(_sockfd);// 將套接字文件描述符設置為無效值_sockfd = -1;}// 創建一個服務端連接bool CreateServer(uint16_t port, const std::string &ip = DEFAULT_IP, bool block_flag = false){// 1. 創建套接字 // 2. 綁定地址 // 3. 開始監聽 // 4. 設置非阻塞 // 5. 啟動地址重用// 如果創建套接字失敗，則返回falseif (Create() == false) return false;// 如果需要設置為非阻塞模式，則調用NonBlock函數if (block_flag) NonBlock();// 綁定地址，如果綁定失敗則返回falseif (Bind(ip, port) == false) return false;// 開始監聽，如果監聽失敗則返回falseif (Listen() == false) return false;// 啟動地址重用ReuseAddress();return true;}// 創建一個客戶端連接bool CreateClient(uint16_t port, const std::string &ip){// 1. 創建套接字 // 2. 指向連接服務器// 如果創建套接字失敗，則返回falseif (Create() == false)  return false;// 連接服務器，如果連接失敗則返回falseif (Connection(ip, port) == false)return false;return true;}// 設置套接字選項——開啟地址端口重用void ReuseAddress(){// 使用setsockopt函數設置SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT選項開啟地址和端口重用int val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void*)&val, sizeof(int));val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (void*)&val, sizeof(int));}// 設置套接字阻塞屬性——設置為非阻塞void NonBlock(){// 使用fcntl函數獲取當前套接字的屬性，并設置為非阻塞模式//int fcntl(int fd,int cmd,.../* arg */);int flag = fcntl(_sockfd, F_GETFL, 0);fcntl(_sockfd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);}
};

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