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【Linux网络编程】自定义协议+序列化+反序列化_序列化 udp csdn

作者：盐析白兔 | 2024-04-21 06:03:51

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序列化 udp csdn

自定义协议+序列化+反序列化

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1.再谈 “协议”

协议是一种 “约定”。在前面我们说过父亲和儿子约定打电话的例子，不过这是感性的认识，今天我们理性的认识一下协议。 socket api的接口， 在读写数据时，都是按 “字符串”(其实TCP是字节流，这里是为了理解) 的方式来发送接收的。如果我们要传输一些 “结构化的数据” 怎么办呢?

结构化的数据就比如说我们在使用QQ群聊时除了消息本身、还能看见头像、时间、昵称。这些东西都要发给对方。这些东西都是一个个字符串，难道是把消息、头像、时间、昵称都单独发给对方吗？那分开发的时候，未来群里有成百上千名人大家都发，全都分开发，接收方还要确定每一部分是谁的进行匹配，那这样太恶心了。

实际上这些信息可不是一个个独立个体的而是一个整体。为了理解暂时当作多个字符串。把多个字符串形成一个报文或者说打包成一个字符串(方便理解，其实是一个字节流)然后在网络中发送。多变一方便未来在网络里整体发送。而把多变一的过程，我们称之为序列化。

这里用多个字符串形容也不太准确，下面给具体解释。

在这里插入图片描述

经过序列化的过程变成一个整体后发到网络里，经过网络传输发送给对方，发是整体当作一个字符串发的。接收方收的也是整体收的，所以收到一个报文或者说字符串。但是收到的字符串有什么东西我怎么知道，qq作为上层要的是谁发的、什么时候、发的什么具体的信息，所以接收方收到这个整体字符串后，必须把它转成多个字符串，这种一变多的过程，我们称之为反序列化。

在这里插入图片描述

业务结构数据在发送网络中的时候，先序列化在发送，收到的一定是序列字节流，要先进行反序列化，然后才能使用。

刚才说过这里用多个字符串不太对只是为了理解，实际上未来多个字符串实际是一个结构体。是以结构体(结构化的数据)作为体现的，然后把这个结构体转成一个字符串，同理对方收到字符串然后转成对应的结构化的数据。

在这里插入图片描述

为什么要把字符串转成结构化数据呢？未来这个结构化的数据一定是一个对象，然后使用它的时候，直接对象.url 、对象.time 拿到。

而这里的结构体如message就是传说中的业务协议。
因为它规定了我们聊天时网络通信的数据。
在这里插入图片描述

未来我们在应用层定协议就是这种结构体类型，目的就是把结构化的对象转换成序列化结构发送到网络里，然后再把序列化结构转成对应的结构体对象，然后上层直接使用对象进行操作！ 这是业务协议，底层协议有自己的特点。

这样光说还是不太理解，下面找一个应用场景加深理解刚才的知识。所以我们写一个网络版计数器。里面体现出业务协议，序列化，反序列化，在写TCP时要注意TCP时面向字节流的，接收方如何保证拿到的是一个完整的报文呢？而不是半个、多个？这里我们都通过下面写代码的时候解决。而UDP是面向数据报的接收方收到的一定是一个完整的报文，因此不考虑刚才的问题。

2.Cal TCP服务端

自定义协议，但协议是一对的。因此有一个请求，一个响应。

class Request
{
public:
    Request() : _x(0), _y(0), _op(0)
    {
    }

    Request(int x, int y, char op) : _x(x), _y(y), _op(op)
    {
    }

public:
	//这里就是我们的约定，未来形成 “x op y” ,就一定要求x在前面，y在后面，op在中间这约定好的
    int _x;//第一个数字
    int _y;//第二个数字
    char _op;//操作符
};


class Response
{
public:
    Response() : _exitcode(0), _result(0)
    {
    }

    Response(int exitcode, int result) : _exitcode(exitcode), _result(result)
    {
    }

public:
	//约定
    int _exitcode; // 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准
    int _result;   // 计算结果
};

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以前我们写过服务器的代码，有些东西就直接用了，这里服务器是多进程版本。

我们这里主要进行业务逻辑方面的设计。
如果有新链接来了我们就进行处理，因此给一个handlerEntry函数，这里没写在类里主要是为了解耦。并且也把业务逻辑进行解耦给一个回调函数，handlerEntry函数你做你的序列化反序列化等一系列工作，和我没关系。我只做我的工作就行了。

//业务逻辑处理
typedef function<void(const Request &, Response &)> func_t;

void handlerEntry(int sock, func_t callback)
{
	//1.读取
    // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求

	//2. 对请求Request，反序列化
	//2.1 得到一个结构化的请求对象
	//Request req=...;
	
	// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑
    // 3.1 得到一个结构化的响应
    //Response resp=...;
    //callback(req,resp);// req的处理结果，全部放入到了resp
    
	// 4.对响应Response，进行序列化
    // 4.1 得到了一个"字符串"

	// 5. 然后我们在发送响应

}

class CalServer
{
public:
    //。。。

    void start(func_t func)
    {
        // 子进程退出自动被OS回收
        signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
        for (;;)
        {
            // 4.获取新链接
            struct sockaddr_in peer;
            socklen_t len = (sizeof(peer));
            int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len); // 成功返回一个文件描述符
            if (sock < 0)
            {
                logMessage(ERROR, "accpet error");
                continue;
            }
            logMessage(NORMAL, "accpet a new link success,get new sock: %d", sock);

            // 5.通信   这里就是一个sock,未来通信我们就用这个sock,tcp面向字节流的,后序全部都是文件操作!

            // version2 多进程信号版
            int fd = fork();
            if (fd == 0)
            {
                close(_listensock);
                handlerEntry(sock, func);
                close(sock);
                exit(0);
            }
            close(sock);
        }
    }

	//。。。

private:
    uint16_t _port;
    int _listensock;
};

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#include "CalServer.hpp"
#include <memory>

void Usage(string proc)
{
    cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}

// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象
// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节
void Cal(const Request &req, Response &resp)
{

}

// ./tcpserver port
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGG_ERR);
    }
    uint16_t serverport = atoi(argv[1]);

    unique_ptr<CalServer> tsv(new CalServer(serverport));
    tsv->initServer();

    tsv->start(Cal);

    return 0;
}

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整体就是这样的逻辑，我们现在把软件分成三层。第一层获取链接进行处理，第二层handlerEntery进行序列化反序列化等一系列工作，第三层进行业务处理callback。

现在逻辑清晰了，我们一个个补充代码

为什么说保证你读到的消息是 【一个】完整的请求？因为TCP是面向字节流的，我们保证不了，所以要明确 报文和报文的边界。

TCP有自己内核级别的发送缓冲区和接收缓冲区，而应用层也有自己的缓冲区，我们自己写的代码调用read，write发送读取使用的buffer就是对应缓冲区。其实我们调用的所有的发送函数，根本就不是把数据发送到网络中！
发送函数，本质是拷贝函数！！！

write只是把数据从应用层缓冲区拷贝到TCP发送缓冲区，由TCP协议决定什么时候把数据发送到网络，发多少，出错了怎么办。所以TCP协议叫做传输控制协议！！

最终数据经过网络发送被服务端放到自己的接收缓冲区里，然后我们在应用层调用read，实际在等接收缓冲区里有没有数据，有数据就把数据拷贝应用层的缓冲区。没有数据就是说接收缓冲区是空的，read就会被阻塞。

在这里插入图片描述

所以网络发送的本质：

C->S: tcp发送的本质，其实就是将数据从c的发送缓冲区，拷贝到s的接收缓冲区。
S->C: tcp发送的本质，其实就是将数据从s的发送缓冲区，拷贝到c的接收缓冲区。

c->s发，并不影响s->c发，因为用的是不同的成对的缓冲区，所以tcp是全双工的！

这里主要想说的是，tcp在进行发送数据的时候，发收方一直发数据但是对方正在做其他事情来不及读数据，所以导致接收方的接收缓冲区里面存在很多的报文，因为是TCP面向字节流的所以这些报文是挨在一起，最终读的时候怎么保证读到的是一个完整的报文交给上层处理，而不是半个，多个。就是因为我们有接收缓冲区的存在，因此首先我们要解决读取的问题。

在这里插入图片描述
明确 报文和报文的边界：

  1. 定长
  2. 特殊符号
  3. 自描述方式

我们给每个报文前面带一个有效载荷长度的字段，未来我先读到这个长度，根据这个长度在读取若干字节，这样就能读取到一个报文，一个能读到，n个也能读到。有效载荷里面是请求或者响应序列化的结果。

在这里插入图片描述

//有效载荷->报文
string Enlenth(const string &text)
{}

//将读到的一个完整报文分离出有效载荷
bool Delenth(const string &packge, string *text)
{}

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未来读取到一个完整的报文就看这两个函数的具体实现了。

还有不管是请求和响应未来都需要做序列化和反序列化，因此在这两个类中都要包含这两个函数。

class Request
{
public:
    Request() : _x(0), _y(0), _op(0)
    {
    }

    Request(int x, int y, char op) : _x(x), _y(y), _op(op)
    {
    }
	
	//序列化
    bool serialize(string *out)
    {
    }
	//反序列化
    bool deserialize(const string &in)
    {
    }

public:
    int _x;
    int _y;
    char _op;
};

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关于这个序列化我们可以自己写，也可以用现成的，不过我们是初学先自己写感受一下，等都写完我们在介绍现成的。

序列化就是怎么把这个结构化的数据形成一个规定好格式的字符串。

#define SEP " "
#define SEP_LEN strlen(SEP)
#define LINE_SEP "\r\n"
#define LINE_SEP_LEN strlen(LINE_SEP)


bool serialize(string *out)
{
    // 结构化 -> "x op y"  //规定字符串必须是是 “第一个参数 操作数 第二个参数”
    *out = "";
    string x_string = to_string(_x);
    string y_string = to_string(_y);

    *out += x_string;
    *out += SEP;
    *out += _op;
    *out += SEP;
    *out += y_string;

    return true;
}

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反序列化就是把这个字符串变成规定好的结构化的数据

bool deserialize(const string &in)
{
    // "x op y" -> 结构化
    auto left = in.find(SEP);
    auto right = in.rfind(SEP);
    if (left == string::npos || right == string::npos)
        return false;
    if (left == right)
        return false;
    if (right - (left + SEP_LEN) != 1)//防止op是其他不合规的操作符如++
        return false;

    string x_string = in.substr(0, left); // [0, 2) [start, end) , start, end - start
    string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);

    if (x_string.empty())
        return false;
    if (y_string.empty())
        return false;
        
    _x = stoi(x_string);
    _y = stoi(y_string);
    _op = in[left + SEP_LEN];

    return true;
}

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读取一个完整的请求，后面在填写，先补充其他逻辑

void handlerEntery(int sock, func_t callback)
{
    string inbuffer;
    while (true)
    {
        
        // 1. 读取
        // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
		string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)


        // 2. 对请求Request，反序列化
        // 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;
        if (!req.deserialize(req_str))
            return;

        // 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑
        // 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;
        callback(req, resp); // req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！

        // 4.对响应Response，进行序列化
        // 4.1 得到了一个"字符串"

        // 5. 然后我们在发送响应
        // 5.1 构建成为一个完整的报文

    }
}

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业务处理

enum
{
    OK,
    DIV_ERR,
    MOD_ERR,
    OPER_ERR
};

// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象
// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节
void Cal(const Request &req, Response &resp)
{
    //req已经有结构化完成的数据啦，你可以直接使用
    resp._exitcode = OK;
    resp._result = OK;

    switch (req._op)
    {
    case '+':
        resp._result = req._x + req._y;
        break;
    case '-':
        resp._result = req._x - req._y;
        break;
    case '*':
        resp._result = req._x * req._y;
        break;
    case '/':
    {
        if (req._y == 0)
            resp._exitcode = DIV_ERR;
        else
            resp._result=req._x/req._y;
    }
    break;
    case '%':
    {
        if (req._y == 0)
            resp._exitcode = MOD_ERR;
        else
            resp._result=req._x%req._y;
    }
    break;
    default:
        resp._exitcode = OPER_ERR;
        break;
    }

}

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现在对响应进行序列化，反序列化


class Response
{
public:
    Response() : _exitcode(0), _result(0)
    {
    }

    Response(int exitcode, int result) : _exitcode(exitcode), _result(result)
    {
    }

    bool serialize(string *out)
    {
        // 结构化 -> "_exitcode  _result"
        *out = "";
        *out = to_string(_exitcode);
        *out += SEP;
        *out += to_string(_result);
        
        return true;
    }

    bool deserialize(const string &in)
    {
        //"_exitcode  _result" ->结构化
        auto pos = in.find(SEP);
        if (pos == string::npos)
            return false;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);

        if (ec_string.empty())
            return false;
        if (res_string.empty())
            return false;

        _exitcode = stoi(ec_string);
        _result = stoi(res_string);
        
        return true;
    }

public:
    int _exitcode; // 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准
    int _result;   // 计算结果
};

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void handlerEntery(int sock, func_t callback)
{
    string inbuffer;
    while (true)
    {   
        // 1. 读取
        // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
		string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)


        // 2. 对请求Request，反序列化
        // 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;
        if (!req.deserialize(req_str))
            return;

        // 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑
        // 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;
        callback(req, resp); // req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！

        // 4.对响应Response，进行序列化
        // 4.1 得到了一个"字符串"
		string resp_str;
        if (!resp.serialize(&resp_str))
            return;
            
        // 5. 然后我们在发送响应
        // 5.1 构建成为一个完整的报文
    }
}

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现在的问题就是如何读到一个完整的报文请求。
首先得是一个报文，因此我们把序列化形成的字符串加上特定的格式形成一个报文

// "x op y"  -> "content_len"\r\n"x op y"\r\n
string Enlenth(const string &text)
{
    string send_string = to_string(text.size());
    send_string += LINE_SEP;
    send_string += text;
    send_string += LINE_SEP;

    return send_string;
}

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void handlerEntery(int sock, func_t callback)
{
    string inbuffer;
    while (true)
    {   
        // 1. 读取
        // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
		string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)


        // 2. 对请求Request，反序列化
        // 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;
        if (!req.deserialize(req_str))
            return;

        // 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑
        // 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;
        callback(req, resp); // req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！

        // 4.对响应Response，进行序列化
        // 4.1 得到了一个"字符串"
		string resp_str;
        if (!resp.serialize(&resp_str))
            return;
            
        // 5. 然后我们在发送响应
        // 5.1 构建成为一个完整的报文
       	string send_string = Enlenth(resp_str);
		//5.2 发送
		send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0);
    }
}

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新的接口函数send和write一模一样，不过多了一个参数flags：发送方式，默认为0后面解释。

在这里插入图片描述

现在我们就差最后一步，如何读取的是一个完整的报文。
现在我们已经知道完整的报文是，这是我们自己定制好。

"content_len"\r\n"x op y"\r\n

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我们在写一个recvpackge读取函数，让它进行处理。只要这个函数返回了，走到下面一定是读取到了一个完整的报文。然后对这个报文进行处理只要有效载荷。

void handlerEntery(int sock, func_t callback)
{
   	string inbuffer;//每次从缓冲区拿到的数据放到inbuffer里
   	while (true)
    {
       string req_text, req_str;
       // 1. 读取："content_len"\r\n"x op y"\r\n
       // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
       //把从sock读取的数据最后放到inbuffer里，从inbuffer里面拿到一个完整的请求放到req_text
       if (!recvpackge(sock, inbuffer, &req_text))
           return;

       // 1.2 我们保证，我们req_text里面一定是一个完整的请求："content_len"\r\n"x op y"\r\n
       if (!Delenth(req_text, &req_str))
           return;
	  //req_str 里放的是"x op y"  下面在进行处理
	
	  //。。。
	
	}
}

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在这里插入图片描述

recv和read也是一模一样，也是后面多个发送方式，暂时写0

bool recvpackge(int sock, string &inbuffer, string *text)
{
    //"content_len"/r/n"x op y"/r/n
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t n = recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            inbuffer += buffer;//可能一次没用读到完整的报文,这里使用的是+=
            auto pos = inbuffer.find(LINE_SEP);
            if (pos == string::npos) // 没读到一个完整报文
                continue;
                
            //inbuffer.size() >= "content_len"/r/n"x op y"/r/n  
            //如果inbuffer.size()大于或等于一个完整报文的长度，说明inbuffer里面至少有一个完整报文
            string text_len_string = inbuffer.substr(0, pos);
            int text_len = stoi(text_len_string);
            int total_len = text_len_string.size() + 2 * LINE_SEP_LEN + text_len;

            if (inbuffer.size() < total_len)//也没有读到一个完整报文
                continue;
                
			// 至少有一个完整的报文
            *text = inbuffer.substr(0, total_len);//拿到一个完整报文
            inbuffer.erase(0, total_len);//把拿走的报文从inbuffer缓冲区里减去
            break;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

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接下面Delenth得到这个报文中的有效载荷

//"content_len"\r\n"x op y"\r\n  -> "x op y"
bool Delenth(const string &packge, string *text)
{
    auto pos = packge.find(LINE_SEP);
    if (pos == string::npos)
        return false;
    string text_len_string = packge.substr(0, pos);
    int text_len = stoi(text_len_string);
    *text = packge.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);
    return true;
}

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现在关于服务端有关业务逻辑已经都写好了，接下来写客户端的。

服务端业务逻辑完整代码

这里我们增加一些打印信息，最后运行可以看的到序列化反序列的过程。

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define SEP " "
#define SEP_LEN strlen(SEP)
#define LINE_SEP "\r\n"
#define LINE_SEP_LEN strlen(LINE_SEP)

using namespace std;

// "x op y"  -> "content_len"\r\n"x op y"\r\n
string Enlenth(const string &text)
{
    string send_string = to_string(text.size());
    send_string += LINE_SEP;
    send_string += text;
    send_string += LINE_SEP;

    return send_string;
}

//"content_len"\r\n"x op y"\r\n  -> "x op y"
bool Delenth(const string &packge, string *text)
{
    auto pos = packge.find(LINE_SEP);
    if (pos == string::npos)
        return false;
    string text_len_string = packge.substr(0, pos);
    int text_len = stoi(text_len_string);
    *text = packge.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);
    return true;
}

class Request
{
public:
    Request() : _x(0), _y(0), _op(0)
    {
    }

    Request(int x, int y, char op) : _x(x), _y(y), _op(op)
    {
    }

    bool serialize(string *out)
    {
        // 结构化 -> "x op y"
        *out = "";
        string x_string = to_string(_x);
        string y_string = to_string(_y);

        *out += x_string;
        *out += SEP;
        *out += _op;
        *out += SEP;
        *out += y_string;

        return true;
    }

    bool deserialize(const string &in)
    {
        // "x op y" -> 结构化
        auto left = in.find(SEP);
        auto right = in.rfind(SEP);
        if (left == string::npos || right == string::npos)
            return false;
        if (left == right)
            return false;
        if (right - (left + SEP_LEN) != 1)
            return false;

        string x_string = in.substr(0, left); // [0, 2) [start, end) , start, end - start
        string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);

        if (x_string.empty())
            return false;
        if (y_string.empty())
            return false;
        _x = stoi(x_string);
        _y = stoi(y_string);
        _op = in[left + SEP_LEN];

        return true;
    }

public:
    int _x;
    int _y;
    char _op;
};

class Response
{
public:
    Response() : _exitcode(0), _result(0)
    {
    }

    Response(int exitcode, int result) : _exitcode(exitcode), _result(result)
    {
    }

    bool serialize(string *out)
    {
        // 结构化 -> "_exitcode  _result"
        *out = "";
        *out = to_string(_exitcode);
        *out += SEP;
        *out += to_string(_result);

        return true;
    }

    bool deserialize(const string &in)
    {
        //"_exitcode  _result" ->结构化
        auto pos = in.find(SEP);
        if (pos == string::npos)
            return false;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);

        if (ec_string.empty())
            return false;
        if (res_string.empty())
            return false;

        _exitcode = stoi(ec_string);
        _result = stoi(res_string);
        
        return true;
    }

public:
    int _exitcode; // 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准
    int _result;   // 计算结果
};


bool recvpackge(int sock, string &inbuffer, string *text)
{
    //"content_len"/r/n"x op y"/r/n
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t n = recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            inbuffer += buffer;//可能一次没用读到完整的报文,这里使用的是+=
            auto pos = inbuffer.find(LINE_SEP);
            if (pos == string::npos) // 没读到一个完整报文
                continue;
                
            //inbuffer.size() >= "content_len"/r/n"x op y"/r/n  
            //如果inbuffer.size()大于或等于一个完整报文的长度，说明inbuffer里面至少有一个完整报文
            string text_len_string = inbuffer.substr(0, pos);
            int text_len = stoi(text_len_string);
            int total_len = text_len_string.size() + 2 * LINE_SEP_LEN + text_len;
            
            cout << "处理前#inbuffer: \n"<< inbuffer << std::endl;

             if (inbuffer.size() < total_len)//也没有读到一个完整报文
            {
                cout << "你输入的消息，没有严格遵守我们的协议，正在等待后续的内容, continue" << endl;
                continue;
            }
                
			// 至少有一个完整的报文
            *text = inbuffer.substr(0, total_len);//拿到一个完整报文
            inbuffer.erase(0, total_len);//把拿走的报文从inbuffer缓冲区里减去
            
            cout << "处理后#inbuffer:\n " << inbuffer << endl;

            break;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

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#pragma once

#include "logMessage.hpp"
#include "protocol.hpp"

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <functional>

using namespace std;

enum
{
    USAGG_ERR = 1,
    SOCKET_ERR,
    BIND_ERR,
    LISTEN_ERR
};

const int backlog = 5;

typedef function<void(const Request &, Response &)> func_t;

enum
{
    OK,
    DIV_ERR,
    MOD_ERR,
    OPER_ERR
};

void handlerEntery(int sock, func_t callback)
{
    string inbuffer;
    while (true)
    {
        string req_text, req_str;
        // 1. 读取："content_len"\r\n"x op y"\r\n
        // 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
        if (!recvpackge(sock, inbuffer, &req_text))
            return;

		cout << "带报头的请求：\n"<< req_text << std::endl;

        // 1.2 我们保证，我们req_text里面一定是一个完整的请求："content_len"\r\n"x op y"\r\n
        if (!Delenth(req_text, &req_str))
            return;
            
        cout << "去掉报头的正文：\n"<< req_str << endl;

        // 2. 对请求Request，反序列化
        // 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;
        if (!req.deserialize(req_str))
            return;

        // 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑
        // 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;
        callback(req, resp); // req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！

        // 4.对响应Response，进行序列化
        // 4.1 得到了一个"字符串"
        string resp_str;
        if (!resp.serialize(&resp_str))
            return;

		cout << "计算完成, 序列化响应: " << resp_str << endl;

        // 5. 然后我们在发送响应
        // 5.1 构建成为一个完整的报文
        string send_string = Enlenth(resp_str);
        
        cout << "构建完成完整的响应\n"<< send_string << endl;
        
        send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0);
    }
}

class CalServer
{
public:
    CalServer(const uint16_t port) : _port(port), _listensock(-1)
    {
    }

    void initServer()
    {
        // 1.创建socket文件套接字对象
        _listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (_listensock < 0)
        {
            logMessage(FATAL, "socket create error");
            exit(SOCKET_ERR);
        }
        logMessage(NORMAL, "socker create success :%d", _listensock);

        // 2.bind 绑定自己的网络消息 port和ip
        struct sockaddr_in local;
        memset(&local, 0, sizeof(local));
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_port = htons(_port);
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意地址bind,服务器真实写法

        if (bind(_listensock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)
        {
            logMessage(FATAL, "bind socket error");
            exit(BIND_ERR);
        }
        logMessage(NORMAL, "bind socket success");

        // 3.设置socket为监听状态
        if (listen(_listensock, backlog) < 0) // backlog  底层链接队列的长度
        {
            logMessage(FATAL, "listen socket error");
            exit(LISTEN_ERR);
        }
        logMessage(NORMAL, "listen socker success");
    }

    void start(func_t func)
    {
        // 子进程退出自动被OS回收
        signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
        for (;;)
        {
            // 4.获取新链接
            struct sockaddr_in peer;
            socklen_t len = (sizeof(peer));
            int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len); // 成功返回一个文件描述符
            if (sock < 0)
            {
                logMessage(ERROR, "accpet error");
                continue;
            }
            logMessage(NORMAL, "accpet a new link success,get new sock: %d", sock);

            // 5.通信   这里就是一个sock,未来通信我们就用这个sock,tcp面向字节流的,后序全部都是文件操作!

            // version2 多进程信号版
            int fd = fork();
            if (fd == 0)
            {
                close(_listensock);
                handlerEntery(sock, func);
                close(sock);
                exit(0);
            }
            close(sock);
        }
    }

    ~CalServer()
    {
    }

private:
    // string _ip;
    uint16_t _port;
    int _listensock;
};

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#include "CalServer.hpp"
#include <memory>

void Usage(string proc)
{
    cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}

// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象
// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节
void Cal(const Request &req, Response &resp)
{
    // req已经有结构化完成的数据啦，你可以直接使用
    resp._exitcode = OK;
    resp._result = OK;

    switch (req._op)
    {
    case '+':
        resp._result = req._x + req._y;
        break;
    case '-':
        resp._result = req._x - req._y;
        break;
    case '*':
        resp._result = req._x * req._y;
        break;
    case '/':
    {
        if (req._y == 0)
            resp._exitcode = DIV_ERR;
        else
            resp._result=req._x/req._y;
    }
    break;
    case '%':
    {
        if (req._y == 0)
            resp._exitcode = MOD_ERR;
        else
            resp._result=req._x%req._y;
    }
    break;
    default:
        resp._exitcode = OPER_ERR;
        break;
    }

}

// ./tcpserver port
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGG_ERR);
    }
    uint16_t serverport = atoi(argv[1]);

    unique_ptr<CalServer> tsv(new CalServer(serverport));
    tsv->initServer();

    tsv->start(Cal);

    return 0;
}

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2.Cal TCP客户端

这里我们就改发送和读取就行了，其他还和以前一样

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include "protocol.hpp"

using namespace std;

class CalClient
{
public:
	 CalClient(const string &ip, const uint16_t &port)
        : _serverip(ip), _serverport(port), _sockfd(-1)
    {
    }

    void initClient()
    {
        // 1.创建socket套接字
        _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if (_sockfd < 0)
        {
            cerr << "socket fail" << endl;
            exit(2);
        }

    }

    void run()
    {
        // 2.发起链接
        struct sockaddr_in server;
        memset(&server, 0, sizeof(server));
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(_serverport);
        server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());

        if (connect(_sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) != 0)
        {
            cerr << "socker connect fail" << endl;
        }
        else
        {
            string msg,inbuffer;
            while (true)
            {
                // 发
                cout << "mycal>> ";
                getline(cin, msg);//输入1+1
                Request req=ParseLine(msg);//构建Request对象
                string req_str;
                req.serialize(&req_str);//序列化
                string send_string=Enlenth(req_str);//加报头
                send(_sockfd,send_string.c_str(),send_string.size(),0);

                // 读
                // recvpackge里我们是按照特殊格式进行读取的，因此这里直接用
                //  "content_len"\r\n"exitcode result"\r\n
                string resp_text,resp_str;
                if(!recvpackge(_sockfd,inbuffer,&resp_text))
                    continue;
                if(!Delenth(resp_text,&resp_str))
                    continue;
                // "exitcode result"
                Response resp;
                resp.deserialize(resp_str);
                cout<<"exitcode: "<<resp._exitcode<<endl;
                cout<<"result: "<<resp._result<<endl;
            }
        }
    }
	
	//这里有各种方法，可以选自己喜欢的处理方式
    Request ParseLine(const string& msg)
    {
        //1+1 123*345  24/2
        int pos=0;//找到分割符
        for(int i=0;i<msg.size();++i)
        {
            if(isdigit(msg[i]) == false)
            {
                pos=i;
                break;
            }
        }
        string left=msg.substr(0,pos);
        string right=msg.substr(pos+1);
        Request req;
        req._x=stoi(left);
        req._y=stoi(right);
        req._op=msg[pos];
        return req;
    }

	~CalClient()
    {
        if(_sockfd >= 0) close(_sockfd);
    }

private:
    string _serverip;
    uint16_t _serverport;
    int _sockfd;
};

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现在服务端和客户端都写好了运行一下，这里我们打印出一些信息能看到序列化和反序列化的过程。

在这里插入图片描述

UDP是面向数据报的，因此只需要序列化和反序列化。
TCP是面向字节流的，需要考虑保证读到的是一个完整报文、获取有效载荷、序列化、反序列化。

4.Json

上面是我们手写序列化和反序列化和协议，帮助我们理解这里序列化和反序列化自己写的有的挫。对于序列化和反序列化，有现成的解决方案，绝对不会自己去写。但是没说，协议不能自己定！

  1. Json
  2. protobuf
  3. xml

我们这里用的是Json（简单）
Json其实就是一个字符串风格数据交换格式
在这里插入图片描述

里面属性是以K和V的形式呈现出来的键值对，未来我们可以以KV形式设置，提取可以以KV形式提取。

安装Json库

sudo yum install -y jsoncpp-devel //安装c++的json库

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下面在代码里我们使用了条件编译，方便自己用Json和自己序列化反序列方案切换。

编译的时候想用Json方案-DMYSELF，不想用#-DMYSELF 注释掉

LD=-DMYSELF

.PHONY:all
all:calclient calserver

calclient:CalClient.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -ljsoncpp ${LD}

calserver:CalServer.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -ljsoncpp ${LD}

.PHONY:clean
clean:
	rm -f calserver calclient


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#include <jsoncpp/json/json.h>

class Request
{
public:
    Request() : _x(0), _y(0), _op(0)
    {
    }

    Request(int x, int y, char op) : _x(x), _y(y), _op(op)
    {
    }

    bool serialize(string *out)
    {
#ifndef MYSELF
        // 结构化 -> "x op y"
        *out = "";
        string x_string = to_string(_x);
        string y_string = to_string(_y);

        *out += x_string;
        *out += SEP;
        *out += _op;
        *out += SEP;
        *out += y_string;
#else
        Json::Value root;//Json::Value是一个万能对象，用来接收任意类型
        //Json是KV的格式，因此我们要给它设置KV，方便后面提取它
        //x虽然是个整型，但是实际在保存到Json里它会把所有内容转成字符串
        root["first"] = _x;
        root["second"] = _y;
        root["oper"] = _op;
		
		//Json形成字符串有两种风格，我们选其中一种
        Json::FastWriter write;
        // Json::StyledWriter writer;
        *out = write.write(root);//里面自动组序列化，返回值是一个string
#endif
        return true;
    }

    bool deserialize(const string &in)
    {
#ifndef MYSELF
        // "x op y" -> 结构化
        auto left = in.find(SEP);
        auto right = in.rfind(SEP);
        if (left == string::npos || right == string::npos)
            return false;
        if (left == right)
            return false;
        if (right - (left + SEP_LEN) != 1)
            return false;

        string x_string = in.substr(0, left); // [0, 2) [start, end) , start, end - start
        string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);

        if (x_string.empty())
            return false;
        if (y_string.empty())
            return false;
        _x = stoi(x_string);
        _y = stoi(y_string);
        _op = in[left + SEP_LEN];
#else
        Json::Value root;
        Json::Reader reader;
        reader.parse(in, root);//从in这个流中做反序列化，放到root里
		
		//根据K提取V
		//不过Json默认把所有数据当成字符串
        _x = root["first"].asInt();//把字符串转成对于的类型
        _y = root["second"].asInt();
        _op = root["oper"].asInt();//char本来就是按ASCII码存的，这里也把当它当成整数

#endif

        return true;
    }

public:
    int _x;
    int _y;
    char _op;
};

class Response
{
public:
    Response() : _exitcode(0), _result(0)
    {
    }

    Response(int exitcode, int result) : _exitcode(exitcode), _result(result)
    {
    }

    bool serialize(string *out)
    {
#ifndef MYSELF
        // 结构化 -> "_exitcode  _result"
        *out = "";
        *out = to_string(_exitcode);
        *out += SEP;
        *out += to_string(_result);
#else
        Json::Value root;
        root["first"] = _exitcode;
        root["second"] = _result;

        Json::FastWriter write;
        *out = write.write(root);
#endif
        return true;
    }

    bool deserialize(const string &in)
    {
#ifndef MYSELF
        //"_exitcode  _result" ->结构化
        auto pos = in.find(SEP);
        if (pos == string::npos)
            return false;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);

        if (ec_string.empty())
            return false;
        if (res_string.empty())
            return false;

        _exitcode = stoi(ec_string);
        _result = stoi(res_string);
#else
        Json::Value root;
        Json::Reader reader;
        reader.parse(in, root);
        _exitcode = root["first"].asInt();
        _result = root["second"].asInt();
#endif
        return true;
    }

public:
    int _exitcode; // 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准
    int _result;   // 计算结果
};

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在这里插入图片描述

如上就是我们的自定义协议，序列化，反序列化的内容。

自定义协议说人话就是定义一个结构化的对象，有了这个结构化的对象，未来客户端和服务端可以进行来回的发送。约定体现在这个结构化对象里面的成员变量都代表了什么意思。为什么一定是这样的格式而不能是其他格式。如op为什么一定是±*/不能是其他，这些都是约定好的。拿到结果先看哪一个后看哪一个。exitcode为0是什么意思，不为0是什么意思。都是规定好的。这就是协议。

没有人规定我们网络通信的时候，只能有一种协议！
我们今天就只写了一种协议Request，Response，未来如果想用Request1，Response1等等，定义100对协议都是可以的。每一对协议做不同的工作。

那我们怎么让系统知道我们用的是哪一种协议呢？
我们可以在报文里添加协议编号。
如"content_len"\r\n"协议编号"\r\n"x op y"\r\n，未来解析协议的时候可以把协议编号拿到，然后根据编号区分清楚用的是那个Request，Response对象。

目前基本socket写完，一般服务器设计原则和方式(多进程、多线程、线程池)+常见的各种场景，自定义协议+序列化和反序列化都已经学了。所以未来我们就可以用这三大构成自己自由去写服务器了。

有没有人已经针对常见场景，早就已经写好了常见的协议软件，供我们使用呢？
当然了，最典型的HTTP/HTTPS。未来它们做的事情和我们以前做的事情是一样的！只不过HTTP是结合它的应用场景来谈的。

下篇博客我们具体详谈！

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