TCP-单线程版本

TCP-单线程版本

创建几个文件如下：

Makefile:

.PHONY:all
all:tcpclient tcpservertcpclient:TcpClient.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17
tcpserver:TcpServer.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17 -lpthread.PHONY:clean
clean:rm -f tcpclient tcpserver

在TcpServer.hpp中建立框架：

class TcpServer
{public:TcpServer(){}//初始化void Init(){}//启动void Run(){}~TcpServer(){}private:
};

创建一个 TCP 服务器

void Usage(std::string proc)
{std::cerr<<"Usage:"<<proc<<"port"<<std::endl;
}
//./tcpserver port
int main(int argc,char*argv[])
{if(argc!=2){Usage(argv[0]);exit(USAGE_ERR);}uint16_t port=std::stoi(argv[1]);return 0;
}

它主要包含以下功能：

1. Usage 函数：

   • 用于打印程序的正确使用方法
   • 接收一个字符串参数 proc（通常是程序名）
   • 向标准错误输出打印使用格式：Usage:程序名 port

2. main 函数：

   • 检查命令行参数数量是否正确（要求恰好 2 个参数）
   • 如果参数数量不对（不是 2 个），调用 Usage 函数显示用法并退出程序
   • 将第二个参数（端口号）从字符串转换为 uint16_t 类型的整数

3. 程序目的：

   • 这是一个 TCP 服务器的启动程序框架
   • 程序预期用法：./tcpserver port（port 是要监听的端口号）
   • 当前代码只是完成了参数检查，还没有实际创建服务器

4. 注意：

   • 程序目前只是获取了端口号，没有后续的服务器创建和监听代码
   • std::stoi 用于字符串到整数的转换

这段代码是一个 TCP 服务器程序的初始框架

创建一个文件用来记录错误码和禁止拷贝

Common.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <cstring>
#include <iostream>
enum  ExitCode
{OK=0,USAGE_ERR,SOCKET_ERR,BIND_ERR,LISTEN_ERR
};class NoCopy
{public:NoCopy(){}~NoCopy(){}NoCopy(const NoCopy&)=delete;const NoCopy&operator=(const NoCopy&)=delete;private:};
#define CONV(addr) ((struct sockaddr*)&addr)

初始化：

步骤1：创建套接字

			_listensockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(SOCKET_ERR);}LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success"<<_listensockfd;

注意点：TCP用的是SOCK_STREAM

步骤2：绑定地址和端口

InetAddr local(_port);int n=bind(_listensockfd,local.NetAddrPtr(),local.NetAddrLen());if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(BIND_ERR);}LOG(LogLevel::INFO)<<"bind success"<<_listensockfd;

步骤3：开始监听

			const int backlog = 5;  // 等待连接队列的最大长度n=listen(_listensockfd,backlog);if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"listen error";exit(LISTEN_ERR);}LOG(LogLevel::INFO)<<"listen success"<<_listensockfd;

bind() 是 TCP/UDP 网络编程 中用于将 Socket 绑定到指定 IP 地址和端口 的关键系统调用。

1. bind() 函数原型

#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明

参数	说明
sockfd	要绑定的 Socket 文件描述符（由 socket() 创建）
addr	指向 sockaddr 结构体的指针（存储 IP 和端口）
addrlen	addr 结构体的长度（sizeof(sockaddr_in)）

返回值

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1，并设置 errno（如 EADDRINUSE 表示端口被占用）

2. bind() 的典型使用场景

(1) TCP 服务器绑定固定端口

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // 创建 TCP Socketstruct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;                     // IPv4
addr.sin_port = htons(8080);                   // 绑定 8080 端口
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      // 监听所有网卡（0.0.0.0）if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind failed");exit(1);
}

• INADDR_ANY：监听所有可用网卡（0.0.0.0）
• htons()：将端口号从 主机字节序 转为 网络字节序（避免大小端问题）

(2) UDP 服务器绑定端口

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   // 创建 UDP Socketstruct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);                  // 绑定 12345 端口
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 绑定特定 IPif (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind failed");exit(1);
}

• inet_addr("192.168.1.100")：绑定到特定 IP 地址（仅接收该网卡的数据）

3. bind() 常见错误

错误码 (errno)	原因	解决方案
EADDRINUSE	端口已被占用	换一个端口，或设置 SO_REUSEADDR
EACCES	无权限绑定特权端口（<1024）	改用 sudo 或绑定更高端口
EINVAL	Socket 已绑定过	确保 bind() 只调用一次

如何避免 EADDRINUSE（端口占用）？

int opt = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); // 允许端口复用
bind(sockfd, ...);

• SO_REUSEADDR 允许 快速重启服务器（避免 TIME_WAIT 状态阻塞）

4. bind() vs connect()

函数	用途	适用协议
bind()	服务器 绑定 IP:Port	TCP/UDP
connect()	客户端 连接服务器	TCP（UDP 也可用，但不建立连接）

TCP 客户端通常不需要 bind()

// 客户端一般只需 connect()，系统自动分配端口
connect(sockfd, server_addr, sizeof(server_addr));

UDP 客户端可以 bind() 固定端口

// UDP 客户端如果想固定源端口，可以 bind()
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr));

5. 完整 TCP 服务器示例

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>int main() {// 1. 创建 Socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("socket failed");return 1;}// 2. 设置 SO_REUSEADDRint opt = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));// 3. 绑定 IP:Portstruct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(8080);          // 绑定 8080 端口addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    // 0.0.0.0if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind failed");close(sockfd);return 1;}// 4. 监听并接受连接（略）listen(sockfd, 5);// accept()...close(sockfd);return 0;
}

总结

• bind() 用于 服务器 绑定 IP 和端口。
• TCP 服务器必须 bind()，客户端通常不用。
• UDP 服务器/客户端都可以 bind()。
• 常见错误：EADDRINUSE（端口占用），可用 SO_REUSEADDR 解决。
• 绑定 INADDR_ANY（0.0.0.0）表示监听所有网卡。

2.处理客户端连接

void Service(int sockfd, InetAddr& peer)
{char buffer[1024];while(true){// 1. 读取数据ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1);if(n > 0){buffer[n] = '\0';  // 正确终止字符串LOG(LogLevel::DEBUG) << peer.StringAddr() << " say: " << buffer;// 2. 回显数据std::string echo_string = "echo#";echo_string += buffer;if (write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size()) < 0){LOG(LogLevel::WARNING) << "write error: " << strerror(errno);break;}}else if(n == 0)  // 客户端关闭连接{LOG(LogLevel::INFO) << peer.StringAddr() << " disconnected";break;}else  // 读取错误{if (errno == EINTR) continue;  // 被信号中断，继续读取LOG(LogLevel::WARNING) << peer.StringAddr() << " read error: " << strerror(errno);break;}}close(sockfd);  // 关闭客户端socket
}

3.启动服务器

// 启动服务器
void Run()
{_isrunning = true;while(_isrunning){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 接受新连接int sockfd = accept(_listensockfd, CONV(peer), &len);if(sockfd < 0){if (errno == EINTR) continue;  // 被信号中断，继续acceptLOG(LogLevel::ERROR) << "accept error: " << strerror(errno);continue;}// 处理新连接InetAddr addr(peer);LOG(LogLevel::INFO) << "new connection from: " << addr.StringAddr();Service(sockfd, addr);  // 注意：这里是单线程处理，会阻塞其他连接}
}

需要包含的头文件：

InetAddr.hpp

class InetAddr
{public:InetAddr(struct sockaddr_in &addr) : _addr(addr),_ip("0"){_port = ntohs(_addr.sin_port);           // 从网络中拿到的！网络序列//_ip = inet_ntoa(_addr.sin_addr); // 4字节网络风格的IP -> 点分十进制的字符串风格的IPchar ipbuffer[64];inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuffer,sizeof(ipbuffer));_ip=ipbuffer;}InetAddr(const std::string &ip,uint16_t port):_ip(ip),_port(port){memset(&_addr,0,sizeof(_addr));_addr.sin_family=AF_INET;_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;inet_pton(AF_INET,_ip.c_str(),&_addr.sin_addr);_addr.sin_port=htons(_port);}InetAddr(uint16_t port):_port(port){memset(&_addr,0,sizeof(_addr));_addr.sin_family=AF_INET;inet_pton(AF_INET,_ip.c_str(),&_addr.sin_addr);_addr.sin_port=htons(_port);}uint16_t Port() {return _port;}std::string Ip() {return _ip;}const struct sockaddr_in &NetAddr() { return _addr; }const struct sockaddr*NetAddrPtr(){return CONV(_addr);}socklen_t NetAddrLen(){return sizeof(_addr);}bool operator==(const InetAddr &addr){return addr._ip == _ip && addr._port == _port;}std::string StringAddr(){return _ip + ":" + std::to_string(_port);}~InetAddr(){}private:struct sockaddr_in _addr;//原始网络地址结构体std::string _ip;//字符串格式的IP地址uint16_t _port;//主机字节序的端口号
};

这个 InetAddr 类是一个 网络地址封装类，主要用于 IPv4 地址和端口的存储、转换和操作，适用于 TCP/UDP 网络编程。它封装了 sockaddr_in 结构体，并提供了一系列便捷的方法来管理 IP 地址和端口。

1. 核心功能

(1) 构造方法

构造函数	用途
InetAddr(struct sockaddr_in &addr)	从 sockaddr_in 构造（用于 accept() 获取的客户端地址）
InetAddr(const std::string &ip, uint16_t port)	从 字符串IP + 端口 构造（如 "192.168.1.1", 8080）
InetAddr(uint16_t port)	仅指定端口（IP 默认 0.0.0.0，即 INADDR_ANY）

(2) 主要方法

方法	用途
Port()	返回 主机字节序 的端口号
Ip()	返回 字符串格式 的 IP 地址（如 "192.168.1.1"）
NetAddr()	返回 sockaddr_in 结构体（用于 bind()/connect()）
NetAddrPtr()	返回 sockaddr*（用于 accept()/bind()）
NetAddrLen()	返回 sockaddr_in 的大小（用于 accept()/bind()）
StringAddr()	返回 "IP:Port" 格式的字符串（如 "192.168.1.1:8080"）
operator==	比较两个 InetAddr 是否相同

2. 关键实现细节

(1) sockaddr_in 和 std::string _ip 的转换

• inet_ntop()（网络字节序 → 字符串）：

  char ipbuffer[64];
  inet_ntop(AF_INET, &addr.sin_addr, ipbuffer, sizeof(ipbuffer));
  _ip = ipbuffer;  // 如 "192.168.1.1"
  

• inet_pton()（字符串 → 网络字节序）：

  inet_pton(AF_INET, _ip.c_str(), &_addr.sin_addr);
  

(2) 端口字节序转换

• htons()（主机 → 网络字节序）：

  _addr.sin_port = htons(_port);  // 用于 `bind()`/`connect()`
  

• ntohs()（网络 → 主机字节序）：

  _port = ntohs(_addr.sin_port);  // 用于解析 `accept()` 返回的地址
  

(3) 默认 IP (INADDR_ANY)

• 如果未指定 IP，默认绑定 0.0.0.0（监听所有网卡）：

  _addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  

3. 典型使用场景

(1) TCP 服务器绑定端口

InetAddr addr(8080);  // 绑定 0.0.0.0:8080
bind(sockfd, addr.NetAddrPtr(), addr.NetAddrLen());

(2) TCP 客户端连接服务器

InetAddr server_addr("192.168.1.100", 8080);
connect(sockfd, server_addr.NetAddrPtr(), server_addr.NetAddrLen());

(3) 获取客户端地址（accept()）

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);InetAddr peer_addr(client_addr);  // 解析客户端 IP:Port
std::cout << "Client connected: " << peer_addr.StringAddr() << std::endl;

5. 总结

• InetAddr 封装了 sockaddr_in，简化了 IP/Port 的转换和管理。
• 适用于 bind()、connect()、accept() 等 Socket 操作。
• 提供 StringAddr() 方便日志输出。
• 可扩展性（如支持 IPv6、更好的错误处理）。

r.NetAddrLen());

**(3) 获取客户端地址（`accept()`）**```cpp
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);InetAddr peer_addr(client_addr);  // 解析客户端 IP:Port
std::cout << "Client connected: " << peer_addr.StringAddr() << std::endl;

5. 总结

• InetAddr 封装了 sockaddr_in，简化了 IP/Port 的转换和管理。
• 适用于 bind()、connect()、accept() 等 Socket 操作。
• 提供 StringAddr() 方便日志输出。
• 可扩展性（如支持 IPv6、更好的错误处理）。

这是一个 轻量级、实用的网络地址工具类，适合嵌入到 TCP/UDP 服务器或客户端代码中。