（五十）socket編程——出錯函數的封裝和基於UDP的C/S模型

一、出錯函數的封裝

　　在上一節中我們介紹了一系列的網絡套接字操作函數，但是系統調用不能保證每次都成功，必須進行出錯處理，這樣一方面可以保證程序邏輯正常，另一方面可以迅速得到故障信息。
　　爲使錯誤處理的代碼不影響主程序的可讀性，我們把與socket相關的一些系統函數加上錯誤處理代碼包裝成新的函數，做成一個模塊wrap.c：

/* wrap.c */
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
/* 打印錯誤原因並退出 */
void perr_exit(const char *s)
{
    perror(s);
    exit(1);
}

/* accept出錯封裝 */
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr)
{
    int n;//保存用於通信的socket文件描述符
again:
    if ( (n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0)
    {
        if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))
            goto again;//如果連接終止 或 被信號中斷 則再試一次
        else
            perr_exit("accept error");
    }
    return n;
}

/* 綁定IP、端口號和socket,出錯則返回錯誤信息 */
void Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (bind(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("bind error");
}

/* 客戶機連接服務器函數封裝,錯誤則打印出錯信息 */
void Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (connect(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("connect error");
}

/* listen函數出錯處理封裝 */
void Listen(int fd, int backlog)
{
    if (listen(fd, backlog) < 0)
        perr_exit("listen error");
}

/* 建立套接字socket出錯處理封裝 */
int Socket(int family, int type, int protocol)
{
    int n;//保存建立socket時返回的文件描述符
    if ( (n = socket(family, type, protocol)) < 0)
        perr_exit("socket error");
    return n;
}

/* read函數出錯處理封裝 */
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//讀到的字節數
again:
    if ( (n = read(fd, ptr, nbytes)) == -1)
    {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由於信號被中斷 則再試一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* write函數出錯處理封裝 */
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//被寫入的字節數
again:
    if ( (n = write(fd, ptr, nbytes)) == -1) {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由於信號被中斷 則再試一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* close關閉文件出錯處理封裝 */
void Close(int fd)
{
    if (close(fd) == -1)
        perr_exit("close error");
}

/* 至少讀滿n個字符再返回 */
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;   //剩下的字符數
    ssize_t nread;  //已讀的字符數
    char *ptr;      //讀寫指針

    /* 初始化 */
    ptr = vptr;
    nleft = n;

    /* 至少讀滿n個字節返回,或出錯返回 */
    while (nleft > 0)
    {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0)//如果讀出錯
        {
            if (errno == EINTR)//是由於信號中斷的話 則退出讀
                nread = 0;
            else
                return -1;
        }
        else if (nread == 0)//信號中斷 或 讀到空 則退出
            break;

        nleft -= nread;//記錄每次讀完,還剩的未讀的字節數
        ptr += nread;  //爲將下一次讀到的值補充到這次的末尾做準備
    }
    return n - nleft;  //返回已讀到的字節數
}

/* 寫滿n個字符才返回 */
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;       //剩下還要寫的字節個數
    ssize_t nwritten;   //已經寫的字節個數
    const char *ptr;    //寫指針

    /* 初始化 */
    ptr = vptr;
    nleft = n;

    while (nleft > 0)
    {
        if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0)
        {
            if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
                nwritten = 0;
            else
                return -1;
        }

        nleft -= nwritten;  //寫完這次之後,剩下還要寫的字節個數
        ptr += nwritten;    //寫完這次之後,從這次的末尾繼續寫
    }
    return n;
}

/*返回第一次調用時字符串的一個字符,調用一次返回下一個字符,供下面的函數調用*/
/* fd爲要讀的文件 ptr爲要返回的字符(爲傳出參數) */
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr)
{
    /* 定義靜態變量,上一次調用的值會被保存 */
    static int read_cnt;    //剩下待返回的字符串的長度,系統將其初始化爲0
    static char *read_ptr;  //當前讀到的位置
    static char read_buf[128];  //讀到的字符串

    if (read_cnt <= 0)
    {
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)//如果是被信號中斷 則再試一次
                goto again;
            return -1;
        } else if (read_cnt == 0)//如果讀到的字節數爲0(即讀到的文件爲空)
            return 0;

        /* 否則有讀到內容 則將讀指針指向該字符串的首部 */
        read_ptr = read_buf;
    }

    //返回當前指向的字符,之後指向下一個字符,供下一調用時使用
    *ptr = *read_ptr++;
    read_cnt--;//剩下待返回的字符串的長度減一
    return 1;//調用成功返回1
}

/* 一次讀一行 */
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t n, rc;
    char c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1)//獲取一個字符
        {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')//如果是換行就退出
                break;
        } else if (rc == 0)//如果讀完了就返回讀到的字節數
        {
            *ptr = 0;
            return n - 1;
        } else
            return -1;
    }
    *ptr = 0;
    return n;
}

/* wrap.h */
#ifndef __WRAP_H_
#define __WRAP_H_
void perr_exit(const char *s);
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr);
void Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
void Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
void Listen(int fd, int backlog);
int Socket(int family, int type, int protocol);
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes);
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes);
void Close(int fd);
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n);
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n);
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr);
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen);
#endif

二、基於UDP的C/S模型

　　由於UDP不需要維護連接，程序邏輯簡單了很多，但是UDP協議是不可靠的，實際上有很多保證通訊可靠性的機制需要在應用層實現。
　　編譯運行server，在兩個終端裏各開一個client與server交互，看看server是否具有併發服務的能力。用Ctrl+C關閉server，然後再運行server，看此時client還能否和server聯繫上。和前面TCP程序的運行果相比較。

/* server.c */
/* 接收數據:
 * ssize_t recvfrom(int    sockfd,  //已被構造的套接字用於傳輸數據
 *                  void   *buf,    //將接收到的數據保存到buf中
 *                  size_t len,     //buf的大小(單位是字節)
 *                  int    flags,   //默認爲0,需要時差manpage
 *                  struct sockaddr *src_addr,//發送方地址(傳出參數)
 *                  socklen_t *addrlen);    //地址長度(傳入傳出參數)
 *
 *
 *
 * 發送數據:
 * ssize_t sendto(int sockfd,     //已被構造的套接字用於傳輸數據
 *                const void *buf,//將buf中的數據發送出去
 *                size_t len,     //buf的大小(單位是字節)
 *                int flags,      //默認爲0,需要時差manpage
 *                const struct sockaddr *dest_addr,//發送給誰
 *                socklen_t addrlen);   //地址長度
 *
 */

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>

#define MAXLINE 80      //一次最多發送的字節個數
#define SERV_PORT 8000

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;//保存客戶端地址的長度
    int sockfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];//轉換後的IP保存在str中,用於打印用戶端地址
    int i, n;

    /* 構造用於UDP通信的套接字(socket) */
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    /* 設置IP地址和端口號 */
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    /* 綁定IP地址、端口號和套接字(socket) */
    bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    printf("Accepting connections ...\n");

    while (1)
    {
        /* 接收數據 */
        cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
        n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
        if (n == -1)
        {
            perror("recvfrom error");
            exit(1);
        }

        /* 打印發送方的IP地址以及端口號 */
        printf("received from %s at PORT %d\n",
                inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                ntohs(cliaddr.sin_port));

        /* 將其轉換爲大寫字母后發送回去 */
        for (i = 0; i < n; i++)
            buf[i] = toupper(buf[i]);
        n = sendto(sockfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        if (n == -1)
        {
            perror("sendto error");
            exit(1);
        }
    }
}

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    int sockfd, n;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    socklen_t servaddr_len;

    /* 構造用於UDP通信的套接字(socket) */
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    /* 設置IP地址和端口號 發送給誰的IP和端口(即服務器IP和端口號) */
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL)
    {   
        /* 發送數據 */
        n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

        /* 接收數據 */
        n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE, 0, NULL, 0);

        /* 打印接收到的數據 */
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

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