socket網絡編程（1）

socket網絡編程（1）

設計echo server進行接口使用

生成的Makefile文件如下

.PHONY:all
all:udpclient udpserverudpclient:UdpClient.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17 -static
udpserver:UdpServer.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17.PHONY:clean
clean:rm -f udpclient udpserver

這是一個簡單的 Makefile 文件，用于編譯和清理兩個 UDP 網絡程序（客戶端和服務器）。我來逐部分解釋：

  1. .PHONY:all

    • 聲明 all 是一個偽目標，不代表實際文件

  2. all:udpclient udpserver

    • 默認目標 all 依賴于 udpclient 和 udpserver
    • 執行 make 時會自動構建這兩個目標

  3. udpclient:UdpClient.cc

    • 定義如何構建 udpclient 可執行文件
    • 依賴源文件 UdpClient.cc
    • 編譯命令：g++ -o $@ $^ -std=c++17 -static
      • $@ 表示目標文件名（udpclient）
      • $^ 表示所有依賴文件（UdpClient.cc）
      • -std=c++17 指定使用 C++17 標準
      • -static 靜態鏈接，生成的可執行文件不依賴動態庫

  4. udpserver:UdpServer.cc

    • 定義如何構建 udpserver 可執行文件
    • 依賴源文件 UdpServer.cc
    • 編譯命令：g++ -o $@ $^ -std=c++17
      • 與客戶端類似，但沒有 -static 選項，會動態鏈接

  5. .PHONY:clean

    • 聲明 clean 是一個偽目標

  6. clean:

    • 清理目標
    • 執行命令：rm -f udpclient udpserver
      • 強制刪除（-f）生成的兩個可執行文件

使用說明：

  • 直接運行 make 會編譯生成兩個可執行文件
  • 運行 make clean 會刪除生成的可執行文件

注意：客戶端使用了靜態鏈接（-static），而服務器沒有，這可能是為了客戶端能在更多環境中運行而不依賴系統庫。

UdpSever.hpp

1.初始化：

1）創建套接字

 	//需要包含的頭文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include "Log.hpp"_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd:"<<_sockfd;

注意點：

<sys/types.h>作用為：

  1. 定義與系統調用相關的數據類型（如 pid_t、off_t）。
  2. 提高代碼的可移植性，確保在不同架構和操作系統上正確運行。
  3. 兼容舊代碼，盡管部分類型可能已被移到其他頭文件，但許多系統仍然依賴它。

socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)

  • 功能：調用 socket() 系統函數創建一個 UDP 套接字。
  • 參數解析：
    • AF_INET：表示使用 IPv4 協議（AF_INET6 表示 IPv6）。
    • SOCK_DGRAM：表示 無連接的、不可靠的 UDP 協議（區別于 SOCK_STREAM，即 TCP）。
    • 0：表示使用默認協議（UDP 本身是確定的，所以這里填 0 或 IPPROTO_UDP 均可）。
  • 返回值：
    • 成功：返回一個 非負整數（即套接字描述符 _sockfd）。
    • 失敗：返回 -1，并設置 errno（錯誤碼）。

2）綁定套接字（socket，端口和ip)

需要用到一個庫函數：bind

查詢使用方法在XShell里面

man 2 bind

代碼如下：

 			//2.綁定socket,端口號和ip//2.1填充socketaddr_in結構體struct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;// IP信息和端口信息，一定要發送到網絡！// 本地格式->網絡序列local.sin_port = htons(_port);// IP也是如此，1. IP轉成4字節 2. 4字節轉成網絡序列 -> in_addr_t inet_addr(const char *cp);local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());int n=bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd"<<_sockfd;

這段代碼的作用是 將 UDP 套接字綁定到指定的 IP 地址和端口，使其能夠接收發送到該地址的數據。以下是詳細解析：

1. struct sockaddr_in local

  • 作用：定義一個 IPv4 地址結構體，用于存儲綁定的 IP 和端口信息。
  • 成員解析：
    • sin_family：地址族，AF_INET 表示 IPv4。
    • sin_port：端口號（需轉換為網絡字節序）。
    • sin_addr.s_addr：IP 地址（需轉換為網絡字節序）。

2. bzero(&local, sizeof(local))

  • 作用：將 local 結構體清零，避免未初始化的內存影響綁定。
  • 等價于 memset(&local, 0, sizeof(local))。

3. local.sin_family = AF_INET

  • 作用：指定地址族為 IPv4（AF_INET）。
    如果是 IPv6，需使用 AF_INET6。

4. local.sin_port = htons(_port)

  • 作用：設置端口號，并使用 htons() 將主機字節序轉換為網絡字節序。
  • 為什么需要轉換？
    不同 CPU 架構的字節序可能不同（大端/小端），網絡傳輸統一使用 大端序，因此需調用：
    • htons()：host to network short（16 位端口號轉換）。
    • htonl()：host to network long（32 位 IP 地址轉換）。

5. local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str())

  • 作用：將字符串格式的 IP（如 "192.168.1.1"）轉換為網絡字節序的 32 位整數。
  • inet_addr() 函數：
    • 輸入：點分十進制 IP 字符串（如 "127.0.0.1"）。
    • 輸出：in_addr_t 類型（網絡字節序的 32 位 IP）。
    • 如果 _ip 是空字符串或 "0.0.0.0"，可以改為：
      local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 綁定所有網卡

6. bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local))

  • 作用：將套接字綁定到指定的 IP 和端口。
  • 參數解析：
    • _sockfd：之前創建的套接字描述符。
    • (struct sockaddr*)&local：強制轉換為通用地址結構體（sockaddr 是 sockaddr_in 的基類）。
    • sizeof(local)：地址結構體的大小。
  • 返回值：
    • 成功：返回 0。
    • 失敗：返回 -1，并設置 errno（如 EADDRINUSE 表示端口已被占用）。

7. 錯誤處理

if (n < 0) {LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";  // 記錄致命錯誤exit(2);                              // 退出程序（錯誤碼 2）
}
  • 常見錯誤原因：
    • 端口被占用（EADDRINUSE）。
    • 無權限綁定特權端口（<1024 需要 root 權限）。
    • IP 地址無效。

8. 成功日志

LOG(LogLevel::INFO) << "socket success, sockfd" << _sockfd;
  • 記錄綁定成功信息，通常包括套接字描述符 _sockfd 和綁定的 IP/端口。

完整代碼邏輯

// 1. 初始化地址結構體
struct sockaddr_in local;
bzero(&local, sizeof(local));
local.sin_family = AF_INET;                   // IPv4
local.sin_port = htons(_port);                // 端口轉網絡字節序
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // IP 轉網絡字節序// 2. 綁定套接字
int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));
if (n < 0) {LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";     // 綁定失敗exit(2);
}
LOG(LogLevel::INFO) << "socket success, sockfd" << _sockfd;  // 綁定成功

關鍵點總結

  1. sockaddr_in：存儲 IPv4 地址和端口的結構體。
  2. 字節序轉換：
    • htons()：端口號轉網絡字節序。
    • inet_addr()：IP 字符串轉網絡字節序。
  3. bind()：將套接字綁定到指定地址，使進程能監聽該端口。
  4. 錯誤處理：檢查 bind() 返回值，失敗時記錄日志并退出。

初始化的代碼：

 void Init(){//1.創建套接字_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd:"<<_sockfd;//2.綁定socket,端口號和ip//2.1填充socketaddr_in結構體struct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;// IP信息和端口信息，一定要發送到網絡！// 本地格式->網絡序列local.sin_port = htons(_port);// IP也是如此，1. IP轉成4字節 2. 4字節轉成網絡序列 -> in_addr_t inet_addr(const char *cp);local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());int n=bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd"<<_sockfd;}

2.啟動：

這段代碼實現了一個 UDP 服務器的消息接收-回顯（echo）邏輯。它的核心功能是：循環接收客戶端發來的消息，并在每條消息前添加 "server echo@" 后返回給客戶端。以下是詳細解析：

1. _isrunning 控制循環

_isrunning = true;
while (_isrunning) { ... }
  • 作用：通過 _isrunning 標志位控制服務端運行狀態。
  • 如果需要停止服務，可以在外部設置 _isrunning = false 終止循環。

2. 接收消息 recvfrom()

char buffer[1024];
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
  • 參數解析：
    • _sockfd：綁定的 UDP 套接字描述符。
    • buffer：接收數據的緩沖區。
    • sizeof(buffer)-1：預留 1 字節用于添加字符串結束符 \0。
    • peer：輸出參數，保存發送方的地址信息（IP + 端口）。
    • len：輸入輸出參數，傳入 peer 結構體大小，返回實際地址長度。
  • 返回值：
    • s > 0：接收到的字節數。
    • s == -1：出錯（可通過 errno 獲取錯誤碼）。

3. 處理接收到的消息

if (s > 0) {buffer[s] = 0;  // 添加字符串結束符LOG(LogLevel::DEBUG) << "buffer:" << buffer;
}
  • buffer[s] = 0：將接收到的數據轉換為 C 風格字符串（方便日志輸出或字符串操作）。
  • 日志記錄：打印接收到的原始消息（調試級別日志）。

4. 構造回顯消息并發送 sendto()

std::string echo_string = "server echo@";
echo_string += buffer;
sendto(_sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
  • 回顯邏輯：
    • 在原始消息前拼接 "server echo@"。
    • 例如客戶端發送 "hello"，服務端返回 "server echo@hello"。
  • sendto() 參數：
    • _sockfd：套接字描述符。
    • echo_string.c_str()：待發送數據的指針。
    • echo_string.size()：數據長度。
    • peer：目標地址（即消息發送方的地址）。
    • len：地址結構體長度。

5. 關鍵點總結

  1. UDP 無連接特性：每次接收消息時通過 peer 獲取客戶端地址，發送時需顯式指定目標地址。
  2. 緩沖區安全：
    • sizeof(buffer)-1 防止緩沖區溢出。
    • buffer[s] = 0 確保字符串正確終止。
  3. 日志記錄：記錄收到的原始消息（調試用途）。
  4. 回顯服務：簡單修改收到的數據并返回，適用于測試或回聲協議。

完整流程

  1. 啟動循環，等待接收數據。
  2. 收到數據后，記錄日志并保存客戶端地址。
  3. 構造回顯消息，發送回客戶端。
  4. 循環繼續，等待下一條消息。

擴展場景

  • 多線程/異步處理：若需高性能，可將消息處理放到獨立線程或使用 epoll/kqueue。
  • 協議增強：可在回顯消息中添加時間戳、序列號等信息。
  • 錯誤處理：檢查 sendto() 返回值，處理發送失敗情況。

示例交互

  • 客戶端發送："hello"
  • 服務端接收：buffer = "hello"
  • 服務端返回："server echo@hello"

代碼如下：

		void Start(){_isrunning=true;while(_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);//1.收消息ssize_t s=recvfrom(_sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(s>0){buffer[s]=0;LOG(LogLevel::DEBUG)<<"buffer:"<<buffer;//2.發消息std::string echo_string="server echo@";echo_string+=buffer;sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,(struct sockaddr*)&peer,len);}}}

完整代碼如下：

udpserver.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h> 
#include <string>
#include "Log.hpp"using namespace LogModule;
const int defaultfd=-1;class UdpServer
{public:UdpServer(const std::string &ip,uint16_t port): _sockfd(defaultfd),_ip(ip),_port(port){}void Init(){//1.創建套接字_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd:"<<_sockfd;//2.綁定socket,端口號和ip//2.1填充socketaddr_in結構體struct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;// IP信息和端口信息，一定要發送到網絡！// 本地格式->網絡序列local.sin_port = htons(_port);// IP也是如此，1. IP轉成4字節 2. 4字節轉成網絡序列 -> in_addr_t inet_addr(const char *cp);local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str());int n=bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success,sockfd"<<_sockfd;}void Start(){_isrunning=true;while(_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);//1.收消息ssize_t s=recvfrom(_sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(s>0){buffer[s]=0;LOG(LogLevel::DEBUG)<<"buffer:"<<buffer;//2.發消息std::string echo_string="server echo@";echo_string+=buffer;sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,(struct sockaddr*)&peer,len);}}}~UdpServer(){};private:int _sockfd;__uint16_t _port;std::string _ip;//用的是字符串風格，點分十進制bool _isrunning;
};

Mutex.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <pthread.h>namespace MutexModule
{class Mutex{public:Mutex(){pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);}void Lock(){int n = pthread_mutex_lock(&_mutex);(void)n;}void Unlock(){int n = pthread_mutex_unlock(&_mutex);(void)n;}~Mutex(){pthread_mutex_destroy(&_mutex);}pthread_mutex_t *Get(){return &_mutex;}private:pthread_mutex_t _mutex;};class LockGuard{public:LockGuard(Mutex &mutex):_mutex(mutex){_mutex.Lock();}~LockGuard(){_mutex.Unlock();}private:Mutex &_mutex;};
}

這段代碼實現了一個 基于 POSIX 線程（pthread）的互斥鎖（Mutex）模塊，包含 Mutex 類和 LockGuard 類，用于多線程環境下的資源同步。以下是詳細解析：

1. 命名空間 MutexModule

namespace MutexModule { ... }
  • 作用：將代碼封裝在命名空間中，避免與其他庫的命名沖突。

2. Mutex 類（核心互斥鎖）

成員變量

pthread_mutex_t _mutex;  // POSIX 互斥鎖對象

構造函數

Mutex() {pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);  // 初始化互斥鎖（默認屬性）
}
  • pthread_mutex_init：初始化互斥鎖，nullptr 表示使用默認屬性（非遞歸鎖）。

加鎖與解鎖

void Lock() {int n = pthread_mutex_lock(&_mutex);  // 阻塞直到獲取鎖(void)n;  // 忽略返回值（實際工程中應檢查錯誤）
}
void Unlock() {int n = pthread_mutex_unlock(&_mutex); // 釋放鎖(void)n;
}
  • pthread_mutex_lock：如果鎖已被其他線程持有，當前線程會阻塞。
  • (void)n：顯式忽略返回值（實際項目中建議檢查 n != 0 的錯誤情況）。

析構函數

~Mutex() {pthread_mutex_destroy(&_mutex);  // 銷毀互斥鎖
}
  • 注意：必須在沒有線程持有鎖時調用，否則行為未定義。

獲取原始鎖指針

pthread_mutex_t* Get() {return &_mutex;  // 返回底層 pthread_mutex_t 指針
}
  • 用途：需要與原生 pthread 函數交互時使用（如 pthread_cond_wait）。

3. LockGuard 類（RAII 鎖守衛）

構造函數（加鎖）

LockGuard(Mutex &mutex) : _mutex(mutex) {_mutex.Lock();  // 構造時自動加鎖
}
  • RAII 思想：利用構造函數獲取資源（鎖）。

析構函數（解鎖）

~LockGuard() {_mutex.Unlock();  // 析構時自動釋放鎖
}
  • 關鍵作用：即使代碼塊因異常退出，也能保證鎖被釋放，避免死鎖。

成員變量

Mutex &_mutex;  // 引用形式的 Mutex 對象
  • 注意：使用引用避免拷貝問題（pthread_mutex_t 不可拷貝）。

4. 核心設計思想

  1. 封裝原生 pthread 鎖：
    • 提供更易用的 C++ 接口（如 Lock()/Unlock()）。
    • 隱藏底層 pthread_mutex_t 的復雜性。
  2. RAII（資源獲取即初始化）：
    • LockGuard 在構造時加鎖，析構時解鎖，確保鎖的安全釋放。
    • 避免手動調用 Unlock() 的遺漏風險。

5. 使用示例

基本用法

MutexModule::Mutex mtx;void ThreadFunc() {MutexModule::LockGuard lock(mtx);  // 自動加鎖// 臨界區代碼// 離開作用域時自動解鎖
}

對比原生 pthread 代碼

// 原生 pthread 寫法
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 臨界區
pthread_mutex_unlock(&mutex);// 使用 LockGuard 后的寫法
{MutexModule::LockGuard lock(mtx);// 臨界區
}  // 自動解鎖

總結

  • Mutex：封裝 pthread_mutex_t，提供加鎖/解鎖接口。
  • LockGuard：RAII 工具類，自動管理鎖的生命周期。
  • 用途：保護多線程環境下的共享資源，避免數據競爭。
  • 優勢：比手動調用 pthread_mutex_lock/unlock 更安全、更簡潔。

Log.hpp

#ifndef __LOG_HPP__
#define __LOG_HPP__#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <filesystem> //C++17
#include <sstream>
#include <fstream>
#include <memory>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
#include "Mutex.hpp"namespace LogModule
{using namespace MutexModule;const std::string gsep = "\r\n";// 策略模式，C++多態特性// 2. 刷新策略 a: 顯示器打印 b:向指定的文件寫入//  刷新策略基類class LogStrategy{public:~LogStrategy() = default;virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0;};// 顯示器打印日志的策略 : 子類class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy{public:ConsoleLogStrategy(){}void SyncLog(const std::string &message) override{LockGuard lockguard(_mutex);std::cout << message << gsep;}~ConsoleLogStrategy(){}private:Mutex _mutex;};// 文件打印日志的策略 : 子類const std::string defaultpath = "./log";const std::string defaultfile = "my.log";class FileLogStrategy : public LogStrategy{public:FileLogStrategy(const std::string &path = defaultpath, const std::string &file = defaultfile): _path(path),_file(file){LockGuard lockguard(_mutex);if (std::filesystem::exists(_path)){return;}try{std::filesystem::create_directories(_path);}catch (const std::filesystem::filesystem_error &e){std::cerr << e.what() << '\n';}}void SyncLog(const std::string &message) override{LockGuard lockguard(_mutex);std::string filename = _path + (_path.back() == '/' ? "" : "/") + _file; // "./log/" + "my.log"std::ofstream out(filename, std::ios::app);                              // 追加寫入的 方式打開if (!out.is_open()){return;}out << message << gsep;out.close();}~FileLogStrategy(){}private:std::string _path; // 日志文件所在路徑std::string _file; // 日志文件本身Mutex _mutex;};// 形成一條完整的日志&&根據上面的策略，選擇不同的刷新方式// 1. 形成日志等級enum class LogLevel{DEBUG,INFO,WARNING,ERROR,FATAL};std::string Level2Str(LogLevel level){switch (level){case LogLevel::DEBUG:return "DEBUG";case LogLevel::INFO:return "INFO";case LogLevel::WARNING:return "WARNING";case LogLevel::ERROR:return "ERROR";case LogLevel::FATAL:return "FATAL";default:return "UNKNOWN";}}std::string GetTimeStamp(){time_t curr = time(nullptr);struct tm curr_tm;localtime_r(&curr, &curr_tm);char timebuffer[128];snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),"%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",curr_tm.tm_year+1900,curr_tm.tm_mon+1,curr_tm.tm_mday,curr_tm.tm_hour,curr_tm.tm_min,curr_tm.tm_sec);return timebuffer;}// 1. 形成日志 && 2. 根據不同的策略，完成刷新class Logger{public:Logger(){EnableConsoleLogStrategy();}void EnableFileLogStrategy(){_fflush_strategy = std::make_unique<FileLogStrategy>();}void EnableConsoleLogStrategy(){_fflush_strategy = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>();}// 表示的是未來的一條日志class LogMessage{public:LogMessage(LogLevel &level, std::string &src_name, int line_number, Logger &logger): _curr_time(GetTimeStamp()),_level(level),_pid(getpid()),_src_name(src_name),_line_number(line_number),_logger(logger){// 日志的左邊部分，合并起來std::stringstream ss;ss << "[" << _curr_time << "] "<< "[" << Level2Str(_level) << "] "<< "[" << _pid << "] "<< "[" << _src_name << "] "<< "[" << _line_number << "] "<< "- ";_loginfo = ss.str();}// LogMessage() << "hell world" << "XXXX" << 3.14 << 1234template <typename T>LogMessage &operator<<(const T &info){// a = b = c =d;// 日志的右半部分,可變的std::stringstream ss;ss << info;_loginfo += ss.str();return *this;}~LogMessage(){if (_logger._fflush_strategy){_logger._fflush_strategy->SyncLog(_loginfo);}}private:std::string _curr_time;LogLevel _level;pid_t _pid;std::string _src_name;int _line_number;std::string _loginfo; // 合并之后，一條完整的信息Logger &_logger;};// 這里故意寫成返回臨時對象LogMessage operator()(LogLevel level, std::string name, int line){return LogMessage(level, name, line, *this);}~Logger(){}private:std::unique_ptr<LogStrategy> _fflush_strategy;};// 全局日志對象Logger logger;// 使用宏，簡化用戶操作，獲取文件名和行號#define LOG(level) logger(level, __FILE__, __LINE__)#define Enable_Console_Log_Strategy() logger.EnableConsoleLogStrategy()#define Enable_File_Log_Strategy() logger.EnableFileLogStrategy()
}#endif

1. 核心設計思想

  • 策略模式：通過 LogStrategy 基類抽象日志輸出方式，派生出 ConsoleLogStrategy（控制臺輸出）和 FileLogStrategy（文件輸出）。
  • RAII（資源獲取即初始化）：利用 LogMessage 類的構造和析構，自動組裝日志內容并觸發輸出。
  • 線程安全：使用 Mutex 類保護共享資源（如文件寫入、控制臺輸出）。

2. 關鍵組件解析

(1) 日志級別 LogLevel

enum class LogLevel {DEBUG,   // 調試信息INFO,    // 普通信息WARNING, // 警告ERROR,   // 錯誤FATAL    // 致命錯誤
};
  • 通過 Level2Str() 函數將枚舉轉換為字符串（如 DEBUG → "DEBUG"）。

(2) 時間戳生成 GetTimeStamp()

std::string GetTimeStamp() {// 示例輸出: "2023-08-20 14:30:45"time_t curr = time(nullptr);struct tm curr_tm;localtime_r(&curr, &curr_tm);  // 線程安全的時間轉換char buffer[128];snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",curr_tm.tm_year + 1900, curr_tm.tm_mon + 1, curr_tm.tm_mday,curr_tm.tm_hour, curr_tm.tm_min, curr_tm.tm_sec);return buffer;
}

(3) 策略基類 LogStrategy

class LogStrategy {
public:virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0;virtual ~LogStrategy() = default;
};
  • 純虛函數 SyncLog：子類需實現具體的日志輸出邏輯。

(4) 控制臺輸出策略 ConsoleLogStrategy

class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy {
public:void SyncLog(const std::string &message) override {LockGuard lock(_mutex);  // 線程安全std::cout << message << gsep;  // gsep = "\r\n"}
private:Mutex _mutex;
};

(5) 文件輸出策略 FileLogStrategy

class FileLogStrategy : public LogStrategy {
public:FileLogStrategy(const std::string &path = "./log", const std::string &file = "my.log") : _path(path), _file(file) {// 自動創建日志目錄（如果不存在）std::filesystem::create_directories(_path);}void SyncLog(const std::string &message) override {LockGuard lock(_mutex);std::string filename = _path + "/" + _file;std::ofstream out(filename, std::ios::app);  // 追加模式out << message << gsep;}
private:std::string _path, _file;Mutex _mutex;
};

(6) 日志組裝與輸出 Logger 和 LogMessage

class Logger {
public:// 切換輸出策略void EnableFileLogStrategy() { _fflush_strategy = std::make_unique<FileLogStrategy>(); }void EnableConsoleLogStrategy() { _fflush_strategy = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>(); }// 日志條目構建器class LogMessage {public:LogMessage(LogLevel level, const std::string &src_name, int line, Logger &logger) : _level(level), _src_name(src_name), _line_number(line), _logger(logger) {// 組裝固定部分（時間、級別、PID、文件名、行號）_loginfo = "[" + GetTimeStamp() + "] [" + Level2Str(_level) + "] " +"[" + std::to_string(getpid()) + "] " +"[" + _src_name + ":" + std::to_string(_line_number) + "] - ";}// 支持鏈式追加日志內容（如 LOG(INFO) << "Error: " << errno;）template <typename T>LogMessage &operator<<(const T &data) {std::stringstream ss;ss << data;_loginfo += ss.str();return *this;}// 析構時觸發日志輸出~LogMessage() {if (_logger._fflush_strategy) {_logger._fflush_strategy->SyncLog(_loginfo);}}private:std::string _loginfo;// ... 其他字段省略};// 生成日志條目LogMessage operator()(LogLevel level, const std::string &file, int line) {return LogMessage(level, file, line, *this);}
private:std::unique_ptr<LogStrategy> _fflush_strategy;
};

(7) 全局日志對象與宏

// 全局單例日志對象
Logger logger;// 簡化用戶調用的宏
#define LOG(level) logger(level, __FILE__, __LINE__)
#define Enable_Console_Log_Strategy() logger.EnableConsoleLogStrategy()
#define Enable_File_Log_Strategy() logger.EnableFileLogStrategy()
  • LOG(level)：自動填充文件名（__FILE__）和行號（__LINE__），例如：
    LOG(LogLevel::INFO) << "User login: " << username;

3. 使用示例

(1) 輸出到控制臺

Enable_Console_Log_Strategy();
LOG(LogLevel::DEBUG) << "Debug message: " << 42;

輸出示例：

[2023-08-20 14:30:45] [DEBUG] [1234] [main.cpp:20] - Debug message: 42

(2) 輸出到文件

Enable_File_Log_Strategy();
LOG(LogLevel::ERROR) << "Failed to open file: " << filename;

文件內容：

[2023-08-20 14:31:00] [ERROR] [1234] [server.cpp:45] - Failed to open file: config.ini

4. 關鍵優勢

  1. 靈活的輸出策略：可動態切換控制臺/文件輸出。
  2. 線程安全：所有輸出操作受互斥鎖保護。
  3. 易用性：通過宏和流式接口簡化調用。
  4. 自動化：時間戳、PID、文件名等自動填充。

UdpServer.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"
int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!=3){std::cerr<<"Usage:"<<argv[0]<<"ip port"<<std::endl;return 1;}std::string ip=argv[1];uint16_t port=std::stoi(argv[2]);Enable_Console_Log_Strategy();std::unique_ptr<UdpServer> usvr=std::make_unique<UdpServer>(ip,port);usvr->Init();usvr->Start();return 0;
}
  1. std::make_unique<UdpServer>()
  • 作用：在堆內存上動態分配一個 UdpServer 對象，并返回一個 std::unique_ptr<UdpServer> 智能指針。
  • 優點（對比 new）：
    • 更安全：避免直接使用 new，防止內存泄漏。
    • 更高效：make_unique 會一次性分配內存并構造對象，比 new + unique_ptr 分開操作更優。
    • 異常安全：如果構造過程中拋出異常，make_unique 能保證內存不會泄漏。
  1. std::unique_ptr<UdpServer>
  • 作用：獨占所有權的智能指針，保證 UdpServer 對象的生命周期由它唯一管理。
  • 關鍵特性：
    • 獨占所有權：同一時間只能有一個 unique_ptr 指向該對象。
    • 自動釋放：當 unique_ptr 離開作用域時，會自動調用 delete 銷毀 UdpServer 對象。
    • 不可復制：不能直接拷貝 unique_ptr（可通過 std::move 轉移所有權）。
  1. 整行代碼的語義
std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>();

等價于：

std::unique_ptr<UdpServer> usvr(new UdpServer());  // 不推薦，優先用 make_unique

但更推薦使用 make_unique，原因如上所述。

  1. 適用場景
  • 當需要動態創建 UdpServer 對象，并希望其生命周期由智能指針管理時。
  • 典型用例：
    • 對象需要延遲初始化（如運行時決定是否創建）。
    • 對象需要長生命周期（如跨多個函數作用域）。
    • 避免手動 delete，防止內存泄漏。
  1. 擴展說明

如果 UdpServer 構造函數需要參數，可以這樣寫：

std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(arg1, arg2);

這行代碼是現代 C++（C++11 及以上）中動態對象管理的推薦寫法，結合了：

  1. 智能指針（unique_ptr）自動管理生命周期。
  2. 工廠函數（make_unique）安全構造對象。

既避免了手動內存管理的問題，又保證了代碼的簡潔性和安全性。

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