Linux——socket编程之tcp通信

前言

前面我们学习socket的udp通信，了解到了socket的概念与udp的实现方法，今天我们来学习一下面向连接的tcp通信。

一、tcp套接字创建

UDP和TCP都是通过套接字（socket）来实现通信的，因此TCP也得使用socket()接口创建套接字。

socket()    ->创建套接字

• 参数domain：代表协议家族，输入AF_INET为IPv4协议，该参数告诉操作系统如何解释后面的type和protocol参数
• 参数type：指定了套接字的类型，即指定了套接字的通信方式和数据传输方式，输入SOCK_STREAM面向字节流
• 参数protocol：代表所使用的具体协议，输入0让系统自动选择合适的协议

二、填充网络信息并bind

创建好了基于tcp的IPv4套接字，我们还需要填充本地网络信息，知道了本地ip地址和端口号，和socket创建的sockfd进行绑定，后面就可以通过sockfd进行通信了。

如下是 IPv4 地址的结构体sockaddr_in 。

struct sockaddr_in {
    short int sin_family;            // 地址族（Address Family），一般为 AF_INET
    unsigned short int sin_port;     // 端口号（Port），使用网络字节顺序（big-endian）
    struct in_addr sin_addr;         // IPv4 地址
    unsigned char sin_zero[8];       // 未使用的填充字段，通常设置为 0
};

填充完毕就可以开始bind了。

bind()   ->让socket信息与sockfd进行绑定

• 参数sockfd：套接字文件描述符  传入之前创建的socket返回值
• 参数addr：创建好的sockaddr结构体的地址
• 参数addrlen：网络信息结构体的长度的长度

三、建立连接与监听

由于tcp是面向连接的，因此客户端和服务器双方要进行数据通信，必须要先建立连接。一般都是客户端去发起连接请求，想让服务端为他进行服务。比如你想刷抖音，那么你得打开抖音，申请去刷抖音，而不是说抖音舔着脸求你刷我，虽然他也想要日活，但是主动权还是在你手上的。

那服务端也需要去监听连接的到来，方便为客户端服务，因此有连接和监听两种状态。

connect()  建立连接

参数与bind一样

 listen()  监听连接

• 参数sockfd：套接字描述符
• 参数backlog：指定连接请求的最大排队数量，即在队列中等待接受连接的最大数量。他只是用于控制等待连接队列的长度，并不是服务器的最大并发连接数。
• 返回值，成功返回0

listen返回值不为0证明listen失败。 

四、获取连接

客户端使用connect与服务端进行连接，服务端listen将自己设置为监听状态，代表能接受连接，但是你只是说自己能接受，并不会创建与客户端的连接。

正在的连接需要服务端既要listen进行监听，又要accept进行获取连接。

accept()  从处于监听状态的套接字中接受一个传入的连接请求,并创建一个新的套接字来与客户端进行通信。

• 参数sockfd：处于监听状态的套接字描述符
• 参数addr：创建好的sockaddr结构体的地址
• 参数addrlen：创建好的sockaddr结构体的长度的地址
• 返回值：返回一个sockfd，使用返回的这个sockfd与客户端进行通信。

也就是说，在tcp通信中，是有两个sockfd的，之前我们socket、bind、listen、accept使用的都是同一个sockfd，但是链接已经完全建立好之后，我们要与客户端进行通信，需要使用accept返回的sockfd。

这就类似于在街边拉客的美容店，张三在外面寻找客人，带到美容店去消费，进入美容店后张三就不再管你了，而是让美容店里的员工对你进行服务，张三转头又去拉客去了。

五、tcp通信的实现

有了这些预备知识，我们就可以编写代码了，具体代码如下，注释写的比较详细

Comm.hpp   （错误码）

#pragma once

//错误码
enum{
    Usage_Err = 1,
    Socket_Err,
    Bind_Err,
    Listen_Err,
    Connect_Err,
};

 InetAddr.hpp  （封装sockaddr_in结构体）

#pragma once
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
class InetAddr
{
public:
    InetAddr(struct sockaddr_in& peer):_addr(peer)
    {
        _port = ntohs(peer.sin_port); // ntohs网络转主机short

        // inet_ntoa 多线程下不安全 使用静态缓冲区来存储结果，并返回指向这个静态缓冲区的指针
        // 每次调用都会覆盖这个静态缓冲区的内容
        // _ip = inet_ntoa(peer.sin_addr); // inet_ntoa sin_addr转点分十进制字符串ip
        
        // 现在我们自己维护空间ipbuff，让inet_ntop把数据写到ipbuff里  这样线程安全
        char ipbuff[64]; 
        inet_ntop(AF_INET,&peer.sin_addr,ipbuff,sizeof(ipbuff));
        _ip = ipbuff;
    }
    string GetIp()
    {
        return _ip;
    }
    uint16_t GetPort()
    {
        return _port;
    }
    struct sockaddr_in& GetAddr()
    {
        return _addr;
    }
    string PrintDebug()
    {
        string info = _ip;
        info+=":";
        info+=to_string(_port);
        return info;
    }
    ~InetAddr()
    {
    }

private:
    string _ip;
    uint16_t _port;
    struct sockaddr_in _addr;
};

 LockGuard.hpp  （锁的守护者）就是C++11里的lock_guard

#pragma once
#include <pthread.h>

// 不定义锁，外部会传递锁
class Mutex
{
public:
    Mutex(pthread_mutex_t *lock)
        : _lock(lock)
    {
    }
    void Lock()
    {
        pthread_mutex_lock(_lock);
    }
    void UnLock()
    {
        pthread_mutex_unlock(_lock);
    }
    ~Mutex()
    {
    }

private:
    pthread_mutex_t *_lock;
};

class LockGuard
{
public:
    LockGuard(pthread_mutex_t *lock)
        : _mutex(lock)
    {
        _mutex.Lock();
    }
    ~LockGuard()
    {
        _mutex.UnLock();
    }
private:
    Mutex _mutex;
};

Log.hpp  （日志类） 

#pragma once

#include<iostream>
#include<cstdarg>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
enum{
    Debug = 0,
    Info,
    Warning,
    Error,
    Fatal
};

enum{
    Screen = 10,
    OneFile,
    ClassFile
};

string LevelToString(int level)
{
    switch (level)
    {
    case Debug:
        return "Debug";
    case Info:
        return "Info";
    case Warning:
        return "Warning";
    case Error:
        return "Error";
    case Fatal:
        return "Fatal";
    
    default:
        return "Unkonw"; 
    }
}
 
const int default_style = Screen;
const string default_filename = "Log.";
const string logdir = "log";

class Log  
{
public:
    Log(int style = default_style,string filename = default_filename)
        :_style(style),_filename(filename)
    {
        if(_style != Screen)
            mkdir(logdir.c_str(),0775);
    }

    //更改打印方式
    void Enable(int style)
    {
        _style = style;
        if(_style != Screen)
            mkdir(logdir.c_str(),0775);
    }

    //时间戳转化为年月日时分秒
    string GetTime()
    {
        time_t currtime = time(nullptr);
        struct tm* curr = localtime(&currtime);
        char time_buffer[128];
        snprintf(time_buffer,sizeof(time_buffer),"%d-%d-%d %d:%d:%d",
        curr->tm_year+1900,curr->tm_mon+1,curr->tm_mday,curr->tm_hour,curr->tm_min,curr->tm_sec);
        return time_buffer;
    }

    //写入到文件中
    void WriteLogToOneFile(const string& logname,const string& message)
    {
        FILE* fp = fopen(logname.c_str(),"a");
        if(fp==nullptr)
        {
            perror("fopen filed");
            exit(-1);
        }
        fprintf(fp, "%s\n", message.c_str());

        fclose(fp);
    }

    //打印日志
    void WriteLogToClassFile(const string& levelstr,const string& message)
    {
        string logname = logdir;
        logname+="/";
        logname+=_filename;
        logname+=levelstr;
        WriteLogToOneFile(logname,message);
    }

    void WriteLog(const string& levelstr,const string& message)
    {
        switch (_style) 
        {
        case Screen:
            cout<<message<<endl;//打印到屏幕中
            break;
        case OneFile:
            WriteLogToClassFile("all",message);//给定all，直接写到all里
            break;
        case ClassFile:
            WriteLogToClassFile(levelstr,message);//写入levelstr里
            break;
        default:
            break;
        }
    }

    //打印日志
    void LogMessage(int level,const char* format,...)
    {
        char rightbuffer[1024];//处理消息
        va_list args;   //va_list 是指针
        va_start(args,format);//初始化va_list对象，format是最后一个确定的参数
        //现在args指向了可变参数部分
        vsnprintf(rightbuffer,sizeof(rightbuffer),format,args);//写入到leftbuffer中
        
        va_end(args);

        char leftbuffer[1024];//处理日志等级、pid、时间
        string levelstr = LevelToString(level);
        string currtime = GetTime();
        string idstr = to_string(getpid());

        snprintf(leftbuffer,sizeof(leftbuffer),"[%s][%s][%s]",levelstr.c_str()
        ,currtime.c_str(),idstr.c_str());

        string loginfo = leftbuffer;
        loginfo+=rightbuffer;
        WriteLog(levelstr,loginfo);
    }

    //提供接口给运算符重载使用
    void _LogMessage(int level,char* rightbuffer)
    {
        char leftbuffer[1024];
        string levelstr = LevelToString(level);
        string currtime = GetTime();
        string idstr = to_string(getpid());

        snprintf(leftbuffer,sizeof(leftbuffer),"[%s][%s][%s]",levelstr.c_str()
        ,currtime.c_str(),idstr.c_str());

        string messages = leftbuffer;
        messages+=rightbuffer;
        WriteLog(levelstr,messages);
    }

    //运算符重载
    void operator()(int level,const char* format,...)
    {
        char rightbuffer[1024];
        va_list args;   //va_list 是指针
        va_start(args,format);//初始化va_list对象，format是最后一个确定的参数
        vsnprintf(rightbuffer,sizeof(rightbuffer),format,args);//写入到leftbuffer中
        va_end(args);
        _LogMessage(level,rightbuffer);
    }

    ~Log() 
    {}
private:
    int _style;
    string _filename;
};

Log lg;

class Conf
{
public:
    Conf()
    {
        lg.Enable(Screen); 
    }
    ~Conf()
    {}
};

Conf conf;

 nocopy.hpp   （让服务器类继承nocopy，达到不可拷贝的作用）

#pragma once

class nocopy
{
public:
    nocopy(){}
    
    nocopy(const nocopy& n) = delete;
    nocopy& operator=(const nocopy& n) = delete;
    ~nocopy(){}
}; 

Thread.hpp    Thread库封装

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <pthread.h>

// 设计方的视角
//typedef std::function<void()> func_t;
namespace kky
{
    template<class T>
using func_t = std::function<void(T&)>;

template<class T>
class Thread
{
public:
    Thread(const std::string &threadname, func_t<T> func, T &data)
    :_tid(0), _threadname(threadname), _isrunning(false), _func(func), _data(data)
    {}

    // 不加static会有this指针，无法调用pthread_creadte
    static void *ThreadRoutine(void *args) // 类内方法，
    {
        // (void)args; // 仅仅是为了防止编译器有告警
        Thread *ts = static_cast<Thread *>(args);

        ts->_func(ts->_data);

        return nullptr;
    }

    //运行线程
    bool Start()
    {
        int n = pthread_create(&_tid, nullptr, ThreadRoutine, this/*?*/);
        if(n == 0) 
        {
            _isrunning = true;
            return true;
        }
        else return false;
    }

    //等待线程
    bool Join()
    {
        if(!_isrunning) return true;
        int n = pthread_join(_tid, nullptr);
        if(n == 0)
        {
            _isrunning = false;
            return true;
        }
        return false;
    }
    std::string ThreadName()
    {
        return _threadname;
    }
    bool IsRunning()
    {
        return _isrunning; 
    }
    ~Thread()
    {}
private:
    pthread_t _tid;
    std::string _threadname;
    bool _isrunning;
    func_t<T> _func;
    T _data;
}; 
}

 Threadpool.hpp  （线程库的封装）

#pragma once

#include <pthread.h>
#include <vector>
#include <functional>
#include <queue>
#include "Log.hpp"
#include "Thread.hpp"
#include "LockGuard.hpp"
using namespace std;

namespace kky
{ 
static const int default_num = 5;

class ThreadData
{
public:
    ThreadData(string name)
        : thread_name(name)
    {
    }
    string thread_name;
};

template <class T>
class ThreadPool
{
private:
    ThreadPool(int thread_num = default_num)
        : _thread_num(thread_num)
    {
        pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr); // 初始化
        pthread_cond_init(&_cond, nullptr);

        // 创建指定个数的线程
        for (int i = 0; i < _thread_num; i++)
        {
            string thread_name = "thread_";
            thread_name += to_string(i + 1);

            ThreadData td(thread_name); // ThreadData为线程数据类型

            Thread<ThreadData> t(thread_name, bind(&ThreadPool<T>::ThreadRun, this, placeholders::_1), td);
            _threads.emplace_back(t);

            lg(Info, "%s 被创建...", thread_name.c_str()); // 写入
        }
    }

    ThreadPool(const ThreadPool<T> &tp) = delete;
    const ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &tp) = delete;

public:
    static ThreadPool<T> *GetInstance()
    {
        if(instance == nullptr) 
        {
            LockGuard lockguard(&sig_lock);
            if (instance == nullptr)
            {
                instance = new ThreadPool<T>();
                lg.LogMessage(Info, "创建单例成功...");
            }
        }
        return instance;
    }

    // 线程运行
    bool Start()
    {
        for (auto &thread : _threads)
        {
            thread.Start();
            lg.LogMessage(Info, "%s 正在运行！", thread.ThreadName().c_str());
        }
    }

    // 线程条件变量等待
    void ThreadWait(ThreadData &td)
    {
        lg.LogMessage(Debug, "没有任务,%s休眠了", td.thread_name.c_str());
        pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
    }

    // 线程条件变量唤醒
    void ThreadWakeUp()
    {
        pthread_cond_signal(&_cond);
    }

    // 执行任务
    void ThreadRun(ThreadData &td)
    {
        while (1)
        {
            T t;
            // 取出任务
            {
                LockGuard lockguard(&_mutex); // 代码块中自动加锁与解锁
                while (_q.empty())
                {
                    ThreadWait(td);
                    lg.LogMessage(Debug, "有任务了,%s去执行任务了", td.thread_name.c_str());
                }
                t = _q.front();
                _q.pop();
            }
            t();
            // 处理任务 我们通过打印消息来模拟任务
            //  cout<<t<<endl;
            // lg.LogMessage(Debug, "%s 计算结果为：%d", td.thread_name.c_str(), t);
        }
    }

    // 将任务放到队列中
    void Push(const T &in)
    {
        {
            LockGuard lockguard(&_mutex);
            _q.push(in);
        }
        lg.LogMessage(Debug, "任务push成功");
        ThreadWakeUp();
    }

    ~ThreadPool()
    {
        pthread_mutex_destroy(&_mutex); // 销毁
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }

    // 进程等待
    void Wait()
    {
        for (auto &thread : _threads)
        {
            thread.Join();
        }
    }

private:
    queue<T> _q;
    vector<Thread<ThreadData>> _threads;
    int _thread_num;
    pthread_mutex_t _mutex;
    pthread_cond_t _cond;

    static ThreadPool<T> *instance;
    static pthread_mutex_t sig_lock;
};

template <class T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::instance = nullptr;

template<class T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::sig_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
}

 TcpServer.hpp   （服务端的封装）

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <thread>
#include "Log.hpp"
#include "Comm.hpp"
#include "nocopy.hpp"
#include "InetAddr.hpp"
#include "Threadpool.hpp"

class ThreadData;
static const int default_backlog = 5;
using func_t = function<void(ThreadData *)>;
using task_t = function<void()>;
using callback_t = function<void(int sockfd, InetAddr &addr)>;

class ThreadData
{
public:
    ThreadData(int sock, struct sockaddr_in &peer)
        : _sockfd(sock), _addr(peer)
    {
    }
    ~ThreadData()
    {
        close(_sockfd);
    }

public:
    int _sockfd;
    InetAddr _addr;
};

class TcpServer : public nocopy
{
public:
    TcpServer(uint16_t port)
        : _port(port), _isrunning(false)
    {
    }

    void HandlerRequest(ThreadData *td)
    {
        Service1(td->_sockfd);
        delete td;
    }

    void Init()
    {
        // 1.创建套接字  得到文件描述符
        _listen_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // SOCK_STREAM 代表TCP字节流
        if (_listen_sockfd < 0)
        {
            lg.LogMessage(Fatal, "create socket error, \
            errno code: %d,error string: %s",
                          errno, strerror(errno));
            exit(Socket_Err);
        }
        lg.LogMessage(Debug, "create socket success, sockfd: %d", _listen_sockfd);

        // 固定写法，解决一些少量bind失败的问题
        int opt = 1;
        setsockopt(_listen_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));

        // 2.填充网络信息
        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;

        // 3.bind
        int n = bind(_listen_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
        if (n != 0)
        {
            lg.LogMessage(Fatal, "bind socket error, \
            errno code: %d,error string: %s",
                          errno, strerror(errno));
            exit(Bind_Err);
        }
        lg.LogMessage(Debug, "bind socket success, sockfd: %d", _listen_sockfd);

        // 4.设置监听状态，TCP特有的
        if (listen(_listen_sockfd, default_backlog) != 0)
        {
            lg.LogMessage(Fatal, "listen socket error, \
            errno code: %d,error string: %s",
                          errno, strerror(errno));
            exit(Listen_Err);
        }
        lg.LogMessage(Debug, "listen socket success, sockfd: %d", _listen_sockfd);

        kky::ThreadPool<task_t>::GetInstance()->Start();
        funcs.insert(make_pair("defaultService",std::bind(&TcpServer::DefaultService
        ,this,placeholders::_1,placeholders::_2)));
    }

    // accept获取的sockfd是全双工的，因此我们read和write都可以用这个sockfd
    void Service1(int sockfd)
    {
        char buff[1024];
        while (true)
        {
            ssize_t n = read(sockfd, buff, sizeof(buff) - 1);
            if (n > 0)
            {
                buff[n] = 0;
                cout << "client say# " << buff << endl;
                string echo_string = "server echo# ";
                echo_string += buff;
                write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());
            }
            else if (n == 0) // 表示对面关闭了连接
            {
                lg.LogMessage(Info, "client quit...");
                break;
            }
            else
            {
                lg.LogMessage(Error, "read socket error, \
                errno code: %d,error string: %s",
                              errno, strerror(errno));
                break;
            }
        }
    }
    void Service2(int sockfd, InetAddr addr)
    {
        char buff[1024];
        while (true)
        {
            ssize_t n = read(sockfd, buff, sizeof(buff) - 1);
            if (n > 0)
            {
                buff[n] = 0;
                cout << "[" << addr.PrintDebug() << "]#" << buff << endl;
                string echo_string = "server echo# ";
                echo_string += buff;
                write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());
            }
            else if (n == 0) // 表示对面关闭了连接
            {
                lg.LogMessage(Info, "client quit...");
                break;
            }
            else
            {
                lg.LogMessage(Error, "read socket error, \
                errno code: %d,error string: %s",
                              errno, strerror(errno));
                break;
            }
        }
    }

    void Start()
    {
        _isrunning = true;
        // 忽略SIGCHLD信号，那么子进程退出时内核会自动回收其资源，并且不会产生僵尸进程
        // 与下面v3版本多线程一起使用，如果不是V3版本，这句代码无用
        signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
        while (_isrunning)
        {
            struct sockaddr_in peer;
            memset(&peer, 0, sizeof(peer));
            socklen_t len = sizeof(peer);
            // 5.获取连接
            int sockfd = accept(_listen_sockfd, (struct sockaddr *)&peer, &len);
            if (sockfd < 0)
            {
                lg.LogMessage(Warning, "accept socket error");
                continue;
            }
            lg.LogMessage(Debug, "accept socket success,get a new sockfd: %d", sockfd);

            // 6.提供服务
            // 6.v1版本 只能一个为一个进程服务
            //  Service1(sockfd);
            //  close(sockfd);

            // v2  多进程 fork()孙子进程版本
            //  pid_t id = fork();
            //  if(id<0)
            //  {
            //      close(sockfd);
            //      continue;
            //  }
            //  else if(id ==0)
            //  {
            //      //子进程不用关心_listen_sockfd，因为父进程在listen。子进程只服务就好
            //      close(_listen_sockfd);
            //      if(fork()>0)
            //          exit(0);

            //     //孙子进程 父进程退出了，他变成孤儿进程，
            //     //被操作系统领养 死亡自动回收，不需要wait了
            //     Service1(sockfd);
            //     close(sockfd);
            //     exit(0);
            // }
            // else
            // {
            //     //父进程
            //     close(sockfd); //sockfd交给子进程去服务了

            //     //nullptr代表不需要子进程的退出信息，0代表阻塞等待
            //     pid_t rid = waitpid(id,nullptr,0);
            //     if(rid == id)
            //     {
            //         //等待成功  //去干你想干的事情
            //     }
            // }

            // v3 多进程 信号版本  //与104行signal(SIGCHLD,SIG_IGN);一起使用
            // 通过信号忽略的方式让父进程不再管子进程
            // pid_t id = fork();
            // if(id < 0)
            // {
            //     close(sockfd);
            //     continue;
            // }
            // else if(id == 0)
            // {
            //     //子进程
            //     close(_listen_sockfd);
            //     Service1(sockfd);
            //     close(sockfd);
            //     exit(0);
            // }
            // else
            // {
            //     //父进程
            //     close(sockfd);
            // }

            // v4 多线程版本

            // ThreadData *td = new ThreadData(sockfd,peer);
            // //不直接传sockfd，是担心主线程while循坏去将sockfd覆盖，因此传递对象指针
            // func_t f = bind(&TcpServer::HandlerRequest,this,placeholders::_1);
            // thread t1(f,td);
            // t1.detach();

            // v5 线程池版本
            task_t f = bind(&TcpServer::Routine, this, sockfd, peer);
            kky::ThreadPool<task_t>::GetInstance()->Push(f);
        }
    }

    //服务器去读取客户端的输入信息，依据输入提供服务
    string Read(int sockfd)
    {
        char buff[1024];
        ssize_t n = read(sockfd, buff, sizeof(buff) - 1);
        if (n > 0)
        {
            buff[n] = 0;
        }
        else if (n == 0) // 表示对面关闭了连接
        {
            lg.LogMessage(Info, "client quit...");
        }
        else
        {
            lg.LogMessage(Error, "read socket error, \
                errno code: %d,error string: %s",
                          errno, strerror(errno));
        }
        return buff;
    }

    void Routine(int sockfd,InetAddr addr)
    {
        funcs["defaultService"](sockfd,addr);
        string type = Read(sockfd);
        lg.LogMessage(Debug,"%s select %s",addr.PrintDebug().c_str(),type.c_str());
        if(type == "ping")
            funcs[type](sockfd,addr);
        else if(type == "translate")
            funcs[type](sockfd,addr);
        else 
            funcs["defaultService"](sockfd,addr);
        close(sockfd);
    }

    void DefaultService(int sockfd,InetAddr& addr)
    {
        std::string service_list = " | ";
        for(auto& func : funcs)
        {
            service_list += func.first; 
            service_list +=" | ";
        }
        write(sockfd,service_list.c_str(),service_list.size());
    }

    // 添加string->callback_t 方法的映射
    void RegisterFunc(const string &name, callback_t func)
    {
        funcs[name] = func;
    }

    ~TcpServer()
    {
    }

private:
    uint16_t _port;
    int _listen_sockfd;
    bool _isrunning;

    // 输入"xxx" 就去执行 xxx 任务
    unordered_map<string, callback_t> funcs;
};

 Main.cc   （服务端的入口）

#include "TcpServer.hpp"

#include <memory>

using namespace std;

string unknown = "unknown";
class Dictionary
{
public:
    Dictionary()
    {
        dict.insert(make_pair<string,string>("banana","香蕉"));
        dict.insert(make_pair<string,string>("apple","苹果"));
        dict.insert(make_pair<string,string>("monkey","猴子"));
        dict.insert(make_pair<string,string>("love","爱"));
    }
    string Excute(const string& word)
    {
        if(dict.find(word)!=dict.end())
            return dict[word];
        return unknown;
    }
    ~Dictionary()
    {}
private:
    unordered_map<string,string> dict;
};

Dictionary ts;

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

//判断服务器是否正常运行————>心跳机制  客户ping，就会获得pong 证明服务端没问题
void Ping(int sockfd, InetAddr addr)
{
    lg.LogMessage(Debug, "%s select %s success, fd : %d", 
                  addr.PrintDebug().c_str(), "ping", sockfd);
    char buffer[1024];
    ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (n > 0)
        buffer[n] = 0;
    string echo_string = "Pong";
    write(sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size());
}

void Translate(int sockfd, InetAddr addr)
{
    lg.LogMessage(Debug, "%s select %s success, fd : %d", addr.PrintDebug().c_str(), "translate", sockfd);
    char wordbuf[128];
    ssize_t n = read(sockfd, wordbuf, sizeof(wordbuf) - 1);
    if (n > 0)
        wordbuf[n] = 0;
    string chinese = ts.Excute(wordbuf);
    write(sockfd,chinese.c_str(),chinese.size());
    lg.LogMessage(Debug,"%s Translate service,%s->%s",addr.PrintDebug().c_str(),wordbuf,chinese.c_str());
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        return Usage_Err;
    }
    uint16_t port = stoi(argv[1]);
    unique_ptr<TcpServer> tsvr(new TcpServer(port));

    tsvr->RegisterFunc("ping", Ping);
    tsvr->RegisterFunc("translate", Translate);

    tsvr->Init();
    tsvr->Start();
}

 TcpClient.cc   （客户端的入口）

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include "Comm.hpp"
using namespace std;

#define Retry_Count 5

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

bool VisitServer(const string &ip, const uint16_t port, int &cnt)
{
    int n = 0;
    string inbuffer;
    char service_list[1024];
    ssize_t w = 0; // write 返回值，由于goto原因  需要放在前面
    ssize_t r = 0; // read  返回值，由于goto原因  需要放在前面
    bool ret = true;
    // 1.创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        cerr << "socket error" << endl;
        ret = false;
        goto END;
    }

    // 2.填写sockaddr_in信息
    struct sockaddr_in server;
    memset(&server, 0, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(port);
    // inet_pton 类似于 inet_addr 都是让点分十进制 IP 转网络字节序的二进制序列
    inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &server.sin_addr.s_addr);

    // 3.connect进行连接，他会自动绑定，不需要手动绑定
    n = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
    if (n < 0)
    {
        cerr << "connect error" << endl;
        ret = false;
        goto END;
    }

    //先读取操作列表
    r = read(sockfd, service_list, sizeof(service_list) - 1);
    if (r > 0)
    {
        service_list[r] = 0;
        cout << "服务器提供的服务列表是：" << service_list << endl;
    }

    cnt = 1; // 让cnt又从1-5再次链接

    cout << "Please Select Service# ";
    getline(cin, inbuffer);

    // connect并没有产生新的sockfd，只用这一个sockfd进行通信即可。
    w = write(sockfd, inbuffer.c_str(), inbuffer.size());
    if (w > 0)
    {
        char buffer[1024];
        cout << "Please Enter# ";
        getline(cin, inbuffer);
        write(sockfd, inbuffer.c_str(), inbuffer.size());
        r = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (r > 0)
        {
            buffer[r] = 0;
            cout << buffer << endl;
        }
        else if (r == 0) // read返回值为0，代表读端关闭，算是正常结束
        {
            goto END;
        }
        else
        {
            ret = false;
            goto END;
        }
    }
    else if (w == 0)
    {
        cout << "你并没有输入" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "write时服务器关闭" << endl;
        ret = false;
    }
END:
    close(sockfd);
    return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(Usage_Err);
    }
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    string ip = argv[1];
    uint16_t port = stoi(argv[2]);

    // 断线重连
    int cnt = 1;
    while (cnt <= Retry_Count)
    {
        int result = VisitServer(ip, port, cnt);
        if (result)
            break;
        else
        {
            sleep(1);
            cout << "server offline, retrying..., count: " << cnt++ << endl;
        }
    }
    if (cnt > Retry_Count)
    {
        cout << "server offline" << endl;
    }
}

 Makefile （一键构建代码）

.PHONY:all
all:tcp_server tcp_client
tcp_server:Main.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -lpthread
tcp_client:TcpClient.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -lpthread
.PHONY:clean
clean:
	rm -f tcp_server tcp_client

 代码链接

运行结果如下