（五十）socket编程——出错函数的封装和基于UDP的C/S模型

一、出错函数的封装

　　在上一节中我们介绍了一系列的网络套接字操作函数，但是系统调用不能保证每次都成功，必须进行出错处理，这样一方面可以保证程序逻辑正常，另一方面可以迅速得到故障信息。
　　为使错误处理的代码不影响主程序的可读性，我们把与socket相关的一些系统函数加上错误处理代码包装成新的函数，做成一个模块wrap.c：

/* wrap.c */
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
/* 打印错误原因并退出 */
void perr_exit(const char *s)
{
    perror(s);
    exit(1);
}

/* accept出错封装 */
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr)
{
    int n;//保存用于通信的socket文件描述符
again:
    if ( (n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0)
    {
        if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))
            goto again;//如果连接终止 或 被信号中断 则再试一次
        else
            perr_exit("accept error");
    }
    return n;
}

/* 绑定IP、端口号和socket,出错则返回错误信息 */
void Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (bind(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("bind error");
}

/* 客户机连接服务器函数封装,错误则打印出错信息 */
void Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
    if (connect(fd, sa, salen) < 0)
        perr_exit("connect error");
}

/* listen函数出错处理封装 */
void Listen(int fd, int backlog)
{
    if (listen(fd, backlog) < 0)
        perr_exit("listen error");
}

/* 建立套接字socket出错处理封装 */
int Socket(int family, int type, int protocol)
{
    int n;//保存建立socket时返回的文件描述符
    if ( (n = socket(family, type, protocol)) < 0)
        perr_exit("socket error");
    return n;
}

/* read函数出错处理封装 */
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//读到的字节数
again:
    if ( (n = read(fd, ptr, nbytes)) == -1)
    {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由于信号被中断 则再试一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* write函数出错处理封装 */
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t n;//被写入的字节数
again:
    if ( (n = write(fd, ptr, nbytes)) == -1) {
        if (errno == EINTR)
            goto again;//如果是由于信号被中断 则再试一次
        else
            return -1;
    }
    return n;
}

/* close关闭文件出错处理封装 */
void Close(int fd)
{
    if (close(fd) == -1)
        perr_exit("close error");
}

/* 至少读满n个字符再返回 */
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;   //剩下的字符数
    ssize_t nread;  //已读的字符数
    char *ptr;      //读写指针

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

    /* 至少读满n个字节返回,或出错返回 */
    while (nleft > 0)
    {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0)//如果读出错
        {
            if (errno == EINTR)//是由于信号中断的话 则退出读
                nread = 0;
            else
                return -1;
        }
        else if (nread == 0)//信号中断 或 读到空 则退出
            break;

        nleft -= nread;//记录每次读完,还剩的未读的字节数
        ptr += nread;  //为将下一次读到的值补充到这次的末尾做准备
    }
    return n - nleft;  //返回已读到的字节数
}

/* 写满n个字符才返回 */
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;       //剩下还要写的字节个数
    ssize_t nwritten;   //已经写的字节个数
    const char *ptr;    //写指针

    /* 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;  //写完这次之后,剩下还要写的字节个数
        ptr += nwritten;    //写完这次之后,从这次的末尾继续写
    }
    return n;
}

/*返回第一次调用时字符串的一个字符,调用一次返回下一个字符,供下面的函数调用*/
/* fd为要读的文件 ptr为要返回的字符(为传出参数) */
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr)
{
    /* 定义静态变量,上一次调用的值会被保存 */
    static int read_cnt;    //剩下待返回的字符串的长度,系统将其初始化为0
    static char *read_ptr;  //当前读到的位置
    static char read_buf[128];  //读到的字符串

    if (read_cnt <= 0)
    {
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0)
        {
            if (errno == EINTR)//如果是被信号中断 则再试一次
                goto again;
            return -1;
        } else if (read_cnt == 0)//如果读到的字节数为0(即读到的文件为空)
            return 0;

        /* 否则有读到内容 则将读指针指向该字符串的首部 */
        read_ptr = read_buf;
    }

    //返回当前指向的字符,之后指向下一个字符,供下一调用时使用
    *ptr = *read_ptr++;
    read_cnt--;//剩下待返回的字符串的长度减一
    return 1;//调用成功返回1
}

/* 一次读一行 */
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)//获取一个字符
        {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')//如果是换行就退出
                break;
        } else if (rc == 0)//如果读完了就返回读到的字节数
        {
            *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

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二、基于UDP的C/S模型

　　由于UDP不需要维护连接，程序逻辑简单了很多，但是UDP协议是不可靠的，实际上有很多保证通讯可靠性的机制需要在应用层实现。
　　编译运行server，在两个终端里各开一个client与server交互，看看server是否具有并发服务的能力。用Ctrl+C关闭server，然后再运行server，看此时client还能否和server联系上。和前面TCP程序的运行果相比较。

/* server.c */
/* 接收数据:
 * ssize_t recvfrom(int    sockfd,  //已被构造的套接字用于传输数据
 *                  void   *buf,    //将接收到的数据保存到buf中
 *                  size_t len,     //buf的大小(单位是字节)
 *                  int    flags,   //默认为0,需要时差manpage
 *                  struct sockaddr *src_addr,//发送方地址(传出参数)
 *                  socklen_t *addrlen);    //地址长度(传入传出参数)
 *
 *
 *
 * 发送数据:
 * ssize_t sendto(int sockfd,     //已被构造的套接字用于传输数据
 *                const void *buf,//将buf中的数据发送出去
 *                size_t len,     //buf的大小(单位是字节)
 *                int flags,      //默认为0,需要时差manpage
 *                const struct sockaddr *dest_addr,//发送给谁
 *                socklen_t addrlen);   //地址长度
 *
 */

#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      //一次最多发送的字节个数
#define SERV_PORT 8000

int main(void)
{
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t cliaddr_len;//保存客户端地址的长度
    int sockfd;
    char buf[MAXLINE];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];//转换后的IP保存在str中,用于打印用户端地址
    int i, n;

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

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

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

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

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

        /* 将其转换为大写字母后发送回去 */
        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;

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

    /* 设置IP地址和端口号 发送给谁的IP和端口(即服务器IP和端口号) */
    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)
    {   
        /* 发送数据 */
        n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

        /* 接收数据 */
        n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE, 0, NULL, 0);

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