網路編程學習記錄

使用的語言為C/C++
原始碼支持的平臺為：Windows（本文專案全部使用windows平臺下vs2019開發，故本文專案不支持linux平臺）

筆記一：建立基礎TCP服務端/客戶端 ?點我跳轉
筆記二：網路資料報文的收發 ?點我跳轉
筆記三：升級為select網路模型 ?點我跳轉
筆記四：跨平臺支持Windows、Linux系統 ?點我跳轉
筆記五：原始碼的封裝 ?點我跳轉
筆記六：緩沖區溢位與粘包分包 ?點我跳轉
筆記七：服務端多執行緒分離業務處理高負載 ?點我跳轉
筆記八：對socket select網路模型的優化 ?點我跳轉
筆記九：訊息接收與發送分離 ?點我跳轉
筆記十：專案化 (加入記憶體池靜態庫 / 報文動態庫) ?

筆記十

網路編程學習記錄
一、思路與準備
二、服務端本體專案
- 1. 思路
- 2. 頭檔案原始碼
- - ①服務端基礎介面部分
  - ②服務端主執行緒部分
  - ③客戶端類部分
  - ④子執行緒類任務處理(發送)部分
  - ⑤子執行緒類接收部分
三、記憶體池靜態庫專案
- 1. 思路
- 2. 頭檔案原始碼
- - ①多載new/delete部分
  - ②記憶體池類部分
  - ③記憶體塊類部分
  - ④記憶體管理工具類
四、計時/報文動態庫專案
- 1. 思路
- 2. 頭檔案原始碼
- - ①`pch.h`
  - ②`framework`
  - ③`guguTimer.h`
  - ④`CMD.h`
五、專案完整原始碼(github)

一、思路與準備

??之前的客戶端雖然可以跑起來，但是宣告和實作全寫于一個hpp檔案中，隨著代碼日漸增多，增刪改變得越發困難，所以我決定嘗試將其實作的更加標準，本次我準備的內容如下：

服務端原始碼 —— C++網路編程學習：訊息接收與發送分離（即筆記九版本的原始碼）
記憶體池原始碼 —— C++學習記錄：記憶體池設計與實作及其詳細代碼
計時器類 —— C++學習記錄：基于chrono庫的高精度計時器
報文CMD檔案 —— 即報文型別定義，在之前的網路編程筆記中可以找到

??我首先準備將之前服務端源代碼的hpp檔案進行分離，分離成單獨類宣告與實作，且服務端本體原始碼放在一個專案中，隨后新建靜態庫專案存盤記憶體池原始碼，使服務端原始碼專案鏈接記憶體池靜態庫，最后新建一個動態庫專案，里面存放計時器類代碼和報文CMD檔案，因為服務端和客戶端程式都要用這個庫里的檔案，為了今后方便改動，我選擇使用動態庫，

二、服務端本體專案

1. 思路

??首先，服務端原始碼按功能可分為五個部分：

服務端基礎介面部分，此部分定義了幾個服務端的基本操作，可以通過繼承重寫這幾個基本操作實作不同的功能，
服務端主執行緒部分，此部分呼叫基礎的socket函式，與客戶端建立socket連接，僅監控是否有新客戶端加入，
客戶端類部分，每當有新客戶端加入，都會新建一個客戶端物件，通過該客戶端物件(獲取socket/使用緩沖區)發送網路報文，
子執行緒類任務處理(發送)部分，此類每一個物件即為一條新的子執行緒，用來處理服務端與客戶端之間的網路報文發送任務，
任務處理介面，通過重寫該介面，實作自己的任務處理方式，
子執行緒類接收部分，此類每一個物件即為一條新的子執行緒，用來處理監控服務端與客戶端之間的網路報文接收，
重寫任務處理介面方法，實作自己的任務處理方式，

??按照五個部分的關系等，可畫出如下的關系圖：
在這里插入圖片描述
??由此，我令 ⑤部分 include ①③④部分，再令 ②部分 include ⑤部分，即可實作專案各檔案間的關聯，

2. 頭檔案原始碼

①服務端基礎介面部分

INetEvent.h

/*
* 本檔案中定義了服務端的基礎介面
* 在TcpServer.h中服務端類繼承了該介面
* 
* 目前僅定義了四個基礎事件
* 2021/4/22
*/
#ifndef _INET_EVENT_H_
#define _INET_EVENT_H_

//相關預宣告
class ClientSocket;
class CellServer;
struct DataHeader;

//服務端基礎介面
class INetEvent
{
public:
	//客戶端退出事件 
	virtual void OnNetJoin(ClientSocket* pClient) = 0;
	//客戶端退出事件 
	virtual void OnNetLeave(ClientSocket* pClient) = 0;
	//服務端發送訊息事件 
	virtual void OnNetMsg(CellServer* pCellServer, ClientSocket* pClient, DataHeader* pHead) = 0;
	//服務端接收訊息事件
	virtual void OnNetRecv(ClientSocket* pClient) = 0;
};

#endif

②服務端主執行緒部分

TcpServer.h

/*
* 服務端類
* 實作基礎的socket連接操作
* 通過start方法生成子執行緒 監控收包
* 主執行緒僅進行客戶端加入退出監控
* 2021/4/22
*/
#ifndef _TCP_SERVER_H_
#define _TCP_SERVER_H_

#include"CellServer.h"
#include<stdio.h>
#include<atomic>

//服務端類 
class TcpServer : INetEvent
{
public:
	//構造 
	TcpServer();
	//析構 
	virtual ~TcpServer();
	//初始化socket 回傳1為正常 
	int InitSocket();
	//系結IP/埠
	int Bind(const char* ip, unsigned short port);
	//監聽埠
	int Listen(int n);
	//接受連接
	int Accept();
	//關閉socket 
	void CloseSocket();
	//添加客戶端至服務端  
	void AddClientToServer(ClientSocket* pClient);
	//執行緒啟動 
	void Start(int nCellServer);
	//判斷是否作業中 
	inline bool IsRun();
	//查詢是否有待處理訊息 
	bool OnRun();
	//顯示各執行緒資料資訊 
	void time4msg();
	//客戶端加入事件 
	virtual void OnNetJoin(ClientSocket* pClient);
	//客戶端退出
	virtual void OnNetLeave(ClientSocket* pClient);
	//客戶端發送訊息事件
	virtual void OnNetMsg(CellServer* pCellServer, ClientSocket* pClient, DataHeader* pHead);
	virtual void OnNetRecv(ClientSocket* pClient);

private:
	//socket相關 
	SOCKET _sock;
	std::vector<CellServer*> _cellServers;//執行緒處理 
	//計時器
	mytimer _time;
	//發送包的數量
	std::atomic_int _msgCount;
	//接收包的數量
	std::atomic_int _recvCount;
	//客戶端計數
	std::atomic_int _clientCount;
};

#endif

③客戶端類部分

ClientSocket.h

/*
* 客戶端類 
* 服務端物件中每加入一個新的客戶端，都會新建一個客戶端物件
* 通過該客戶端物件向客戶端進行發送訊息等操作
* 
* 目前來說只實作了定量發送資料，即發送緩沖區滿后發送訊息，下一步預備完善為定時定量發送資訊
* 2021/4/22
*/
#ifndef _CLIENT_SOCKET_H_
#define _CLIENT_SOCKET_H_

//socket相關內容
#ifdef _WIN32
	#define FD_SETSIZE 1024 
	#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
	#include<winSock2.h>
	#include<WS2tcpip.h>
	#include<windows.h>
	#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")//鏈接此元件 windows特有 
	//連接動態庫 此動態庫里含有計時器類timer 和 cmd命令
	#include "pch.h"
	#pragma comment(lib, "guguDll.lib")
	//連接靜態庫 此靜態庫里含有一個記憶體池
	#pragma comment(lib, "guguAlloc.lib")
#else
	#include<sys/socket.h>
	#include<arpa/inet.h>//selcet
	#include<unistd.h>//uni std
	#include<string.h>

	#define SOCKET int
	#define INVALID_SOCKET (SOCKET)(~0)
	#define SOCKET_ERROR (-1)
#endif

//緩沖區大小 
#ifndef RECV_BUFFER_SIZE
	#define RECV_BUFFER_SIZE 4096
	#define SEND_BUFFER_SIZE 40
#endif

//客戶端類 
class ClientSocket
{
public:
	//構造 
	ClientSocket(SOCKET sockfd = INVALID_SOCKET);
	//析構 
	virtual ~ClientSocket();
	//獲取socket 
	SOCKET GetSockfd();
	//獲取接識訓沖區 
	char* MsgBuf();
	//獲取接識訓沖區尾部變數 
	int GetLen();
	//設定緩沖區尾部變數
	void SetLen(int len);
	//發送資料 
	int SendData(DataHeader* head);

private:
	SOCKET _sockfd;
	//緩沖區相關 
	char* _Msg_Recv_buf;//訊息緩沖區 
	int _Len_Recv_buf;//緩沖區資料尾部變數

	char* _Msg_Send_buf;//訊息發送緩沖區 
	int _Len_Send_buf;//發送緩沖區資料尾部變數
};

#endif

④子執行緒類任務處理(發送)部分

CellTask.h

/*
* 子執行緒發送部分
* 本頭檔案中實作了任務執行的分離操作
* 通過list結構存盤需要執行的任務
* start()啟動執行緒進行任務處理
* 為防止出現沖突，所有臨界操作均進行上鎖，且首先使用緩沖區儲存新任務
* 
* 2021/4/22
*/
#ifndef _CELL_Task_hpp_
#define _CELL_Task_hpp_

#include<thread>
#include<mutex>
#include<list>
#include <functional>//mem_fn

//任務基類介面
class CellTask
{
public:
	//執行任務 
	virtual void DoTask() = 0;
};

//發送執行緒類
class CellTaskServer
{
public:
	CellTaskServer();
	virtual ~CellTaskServer();
	//添加任務 
	void addTask(CellTask* ptask);
	//啟動服務
	void Start();

protected:
	//作業函式 
	void OnRun();

private:
	//任務資料 
	std::list<CellTask*>_tasks;
	//任務資料緩沖區 
	std::list<CellTask*>_tasksBuf;
	//鎖 鎖資料緩沖區 
	std::mutex _mutex;
};

#endif

⑤子執行緒類接收部分

CellServer.h

/*
* 子執行緒接收部分
* 本檔案中實作執行緒類以及DoTask介面
* 使服務端執行緒分離 主執行緒接收連接 其余子執行緒處理訊息
* 
* 初步實作了發送任務的介面，使其呼叫客戶端物件的SendData方法發送訊息
* 目前采用的是select結構 未來可能嘗試其他結構
* 2021/4/22
*/
#ifndef _CELL_SERVER_H_
#define _CELL_SERVER_H_

#include"INetEvent.h"
#include"CellTask.h"
#include"ClientSocket.h"

#include <vector>

//網路訊息發送任務
class CellSendMsgTask : public CellTask
{
public:
	CellSendMsgTask(ClientSocket* pClient, DataHeader* pHead)
	{
		_pClient = pClient;
		_pHeader = pHead;
	}

	//執行任務
	virtual void DoTask()
	{
		_pClient->SendData(_pHeader);
		delete _pHeader;
	}

private:
	ClientSocket* _pClient;
	DataHeader* _pHeader;

};

//執行緒類
class CellServer
{
public:
	//構造 
	CellServer(SOCKET sock = INVALID_SOCKET);
	//析構
	virtual ~CellServer();
	//處理事件 
	void setEventObj(INetEvent* event);
	//關閉socket 
	void CloseSocket();
	//判斷是否作業中 
	bool IsRun();
	//查詢是否有待處理訊息 
	bool OnRun();
	//接收資料
	int RecvData(ClientSocket* t_client);//處理資料 
	//回應資料
	void NetMsg(DataHeader* pHead, ClientSocket* pClient);
	//增加客戶端 
	void addClient(ClientSocket* client);
	//啟動執行緒
	void Start();
	//獲取該執行緒內客戶端數量
	int GetClientCount() const;
	//添加任務
	void AddSendTask(ClientSocket* pClient, DataHeader* pHead);

private:
	//select優化
	SOCKET _maxSock;//最大socket值 
	fd_set _fd_read_bak;//讀集合備份
	bool _client_change;//客戶端集合bool true表示發生改變 需重新統計 fd_read集合

	//緩沖區相關 
	char* _Recv_buf;//接識訓沖區 
	//socket相關 
	SOCKET _sock;
	//正式客戶佇列 
	std::vector<ClientSocket*> _clients;//儲存客戶端
	//客戶緩沖區
	std::vector<ClientSocket*> _clientsBuf;
	std::mutex _mutex;//鎖
	//執行緒 
	std::thread* _pThread;
	//退出事件介面 
	INetEvent* _pNetEvent;
	//發送執行緒佇列 
	CellTaskServer _taskServer;

};

#endif

三、記憶體池靜態庫專案

1. 思路

??在服務端原始碼基本完成后，我開始為記憶體池的連接進行準備，我打算在VS2019上嘗試動態庫和靜態庫的生成與鏈接，記憶體池我打算首先用靜態庫來鏈接，在之后可能我會改為動態庫鏈接，
??在網上查閱資料后，我按如下步驟進行靜態庫生成與鏈接：

更改該專案配置型別為靜態庫型別
關閉預編譯頭(我是關掉了，也可以把記憶體池放在預編譯頭中)
在解決方案屬性中，使得應用程式專案(即服務端專案)依賴于記憶體池靜態庫專案，這樣在編譯服務端專案時，會自動編譯更新靜態庫
在應用程式專案(即服務端專案)屬性中，在聯結器選項中的附加依賴項中，添加上lib靜態庫檔案
由于兩個專案(服務端和靜態庫)在同一個解決方案，所以可以不用用代碼鏈接靜態庫(我個人實驗得出結論，不一定對)

//連接靜態庫 此靜態庫里含有一個記憶體池 在該解決方案代碼中不加也可以連接上
#pragma comment(lib, "guguAlloc.lib")

2. 頭檔案原始碼

①多載new/delete部分

Alloctor.h

/*
* 本檔案中多載了new/delete操作
* 使new/delete呼叫記憶體池
* 2021/4/22
*/
#ifndef _Alloctor_h_
#define _Alloctor_h_

void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p);
void* operator new[](size_t size);
void operator delete[](void* p);
void* mem_alloc(size_t size);
void mem_free(void* p);

#endif

②記憶體池類部分

MemoryAlloc.h

/*
記憶體池類
對記憶體塊進行管理
2021/4/22
*/

#ifndef _Memory_Alloc_h_
#define _Memory_Alloc_h_

//匯入記憶體塊頭檔案
#include"MemoryBlock.h"

class MemoryAlloc
{
public:
	MemoryAlloc();
	virtual ~MemoryAlloc();
	//設定初始化
	void setInit(size_t nSize, size_t nBlockSize);
	//初始化
	void initMemory();
	//申請記憶體
	void* allocMem(size_t nSize);
	//釋放記憶體
	void freeMem(void* p);

protected:
	//記憶體池地址
	char* _pBuf;
	//頭部記憶體單元
	MemoryBlock* _pHeader;
	//記憶體塊大小
	size_t _nSize;
	//記憶體塊數量
	size_t _nBlockSize;
	//多執行緒鎖
	std::mutex _mutex;
};

#endif

③記憶體塊類部分

MemoryBlock.h

/*
記憶體塊類
記憶體管理的最小單位
2021/4/22
*/

#ifndef _Memory_Block_h_
#define _Memory_Block_h_

//宣告記憶體池類
class MemoryAlloc;
//最底層匯入記憶體頭檔案/斷言頭檔案/鎖頭檔案
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<mutex>
//如果為debug模式則加入除錯資訊
#ifdef _DEBUG
#include<stdio.h>
#define xPrintf(...) printf(__VA_ARGS__)
#else
#define xPrintf(...)
#endif

class MemoryBlock
{
public:
	//記憶體塊編號
	int _nID;
	//參考情況
	int _nRef;
	//所屬記憶體池
	MemoryAlloc* _pAlloc;
	//下一塊位置
	MemoryBlock* _pNext;
	//是否在記憶體池內
	bool _bPool;

private:

};

#endif

④記憶體管理工具類

MemoryMgr.h

/*
記憶體管理工具類
對記憶體池進行管理
2021/4/22
*/

#ifndef _Memory_Mgr_h_
#define _Memory_Mgr_h_
//記憶體池最大申請
#define MAX_MEMORY_SIZE 128

//匯入記憶體池模板類
#include"MemoryAlloc.h"

class MemoryMgr
{
public:
	//餓漢式單例模式
	static MemoryMgr* Instance();
	//申請記憶體
	void* allocMem(size_t nSize);
	//釋放記憶體
	void freeMem(void* p);
	//增加記憶體塊參考次數
	void addRef(void* p);

private:
	MemoryMgr();
	virtual ~MemoryMgr();
	//記憶體映射初始化
	void init_szAlloc(int begin, int end, MemoryAlloc* pMem);

private:
	//映射陣列
	MemoryAlloc* _szAlloc[MAX_MEMORY_SIZE + 1];
	//64位元組記憶體池
	MemoryAlloc _mem64;
	//128位元組記憶體池
	MemoryAlloc _mem128;
};

#endif

四、計時/報文動態庫專案

1. 思路

??記憶體池靜態庫鏈接完成后，我開始準備新建動態庫專案，存放自實作計時器類和報文命令型別，
??在網上查閱資料后，我按如下步驟進行靜態庫生成與鏈接：

新建動態庫專案，配置型別為動態庫
此專案中，我使用了預編譯頭檔案
添加自實作計時器類和報文命令型別檔案
（下圖中guguTimer.h/guguTimer.cpp為計時器類宣告/定義、CMD.h為報文命令型別檔案)
添加庫匯出關鍵字__declspec(dllexport)
將計時類的成員變數改為全域變數，保證生命周期
(cpp檔案需要include"pch.h"來保證預編譯正常進行)
編譯動態庫，得到dll檔案和lib檔案
將dll檔案、lib檔案、動態庫中所有的頭檔案復制到服務端專案的原始碼檔案夾下
(如下圖所示，復制的檔案有:guguDll.dll、guguDll.lib、pch.h、framework.h、guguTimer.h、CMD.h)
鏈接動態庫、include預編譯檔案，此時動態庫鏈接完成

//連接動態庫 此動態庫里含有計時器類timer 和 cmd命令
#include "pch.h"
#pragma comment(lib, "guguDll.lib")

2. 頭檔案原始碼

①`pch.h`

// pch.h: 這是預編譯標頭檔案，
// 下方列出的檔案僅編譯一次，提高了將來生成的生成性能，
// 這還將影響 IntelliSense 性能，包括代碼完成和許多代碼瀏覽功能，
// 但是，如果此處列出的檔案中的任何一個在生成之間有更新，它們全部都將被重新編譯，
// 請勿在此處添加要頻繁更新的檔案，這將使得性能優勢無效，

#ifndef PCH_H
#define PCH_H

// 添加要在此處預編譯的標頭
#include "framework.h"
#include "guguTimer.h"
#include "CMD.h"

#endif //PCH_H

②`framework`

#pragma once//懶得改了(

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN             // 從 Windows 頭檔案中排除極少使用的內容
// Windows 頭檔案
#include <windows.h>

③`guguTimer.h`

/*
* 計時器類
* 2021/4/23
*/
#ifndef MY_TIMER_H_
#define MY_TIMER_H_

#include<chrono>

class __declspec(dllexport) mytimer
{
private:
    
public:
    mytimer();

    virtual ~mytimer();

    //呼叫update時，使起始時間等于當前時間
    void UpDate();

    //呼叫getsecond方法時，經過的時間為當前時間減去之前統計過的起始時間，
    double GetSecond();

};

#endif

④`CMD.h`

/*
* 報文資料型別
* 2021/4/23
*/
#ifndef _CMD_H_
#define _CMD_H_

//列舉型別記錄命令 
enum cmd
{
	CMD_LOGIN,//登錄 
	CMD_LOGINRESULT,//登錄結果 
	CMD_LOGOUT,//登出 
	CMD_LOGOUTRESULT,//登出結果 
	CMD_NEW_USER_JOIN,//新用戶登入 
	CMD_ERROR//錯誤 
};
//定義資料包頭 
struct DataHeader
{
	short cmd;//命令
	short date_length;//資料的長短	
};
//包1 登錄 傳輸賬號與密碼
struct Login : public DataHeader
{
	Login()//初始化包頭 
	{
		this->cmd = CMD_LOGIN;
		this->date_length = sizeof(Login);
	}
	char UserName[32];//用戶名 
	char PassWord[32];//密碼 
};
//包2 登錄結果 傳輸結果
struct LoginResult : public DataHeader
{
	LoginResult()//初始化包頭 
	{
		this->cmd = CMD_LOGINRESULT;
		this->date_length = sizeof(LoginResult);
	}
	int Result;
};
//包3 登出 傳輸用戶名 
struct Logout : public DataHeader
{
	Logout()//初始化包頭 
	{
		this->cmd = CMD_LOGOUT;
		this->date_length = sizeof(Logout);
	}
	char UserName[32];//用戶名 
};
//包4 登出結果 傳輸結果
struct LogoutResult : public DataHeader
{
	LogoutResult()//初始化包頭 
	{
		this->cmd = CMD_LOGOUTRESULT;
		this->date_length = sizeof(LogoutResult);
	}
	int Result;
};
//包5 新用戶登入 傳輸通告 
struct NewUserJoin : public DataHeader
{
	NewUserJoin()//初始化包頭 
	{
		this->cmd = CMD_NEW_USER_JOIN;
		this->date_length = sizeof(NewUserJoin);
	}
	char UserName[32];//用戶名 
};

#endif

五、專案完整原始碼(github)

github鏈接
如下圖：guguServer為服務端程式、guguAlloc為記憶體池靜態庫、guguDll為動態庫
在這里插入圖片描述

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/280579.html

標籤：其他

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C++網路編程學習：專案化 (加入記憶體池靜態庫 / 報文動態庫)

網路編程學習記錄

筆記十

一、思路與準備

二、服務端本體 專案

1. 思路

2. 頭檔案原始碼

①服務端基礎介面部分

②服務端主執行緒部分

③客戶端類部分

④子執行緒類任務處理(發送)部分

⑤子執行緒類接收部分

三、記憶體池靜態庫 專案

1. 思路

2. 頭檔案原始碼

①多載new/delete部分

②記憶體池類部分

③記憶體塊類部分

④記憶體管理工具類

四、計時/報文動態庫 專案

1. 思路

2. 頭檔案原始碼

①pch.h

②framework

③guguTimer.h

④CMD.h

五、專案完整原始碼(github)

二、服務端本體專案

三、記憶體池靜態庫專案

四、計時/報文動態庫專案

①`pch.h`

②`framework`

③`guguTimer.h`

④`CMD.h`