16天自制CppServer-day02

day02-设置错误与异常处理机制

上一天我们写了一个客户端与服务器通过socket进行连接，对socket,bind,listen,accept,connect等函数，我们都设想程序完美地、没有任何异常地运行，但显然这不现实，应该设置出现异常的处理机制，方便我们定位到bug。

我们前面说过sockfd一般从3开始，若是sockfd为-1，则很明显出现异常。

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

if(sockfd == -1) {

    print("socket create error");

    exit(-1);

}

为了处理一个错误，需要至少占用五行代码，这使编程十分繁琐，程序也不好看，异常处理所占篇幅比程序本身都多。

为了方便编码以及代码的可读性，可以封装一个错误处理函数：

void errif(bool condition, const char *errmsg){if(condition){perror(errmsg);exit(EXIT_FAILURE);}
}

第一个参数是是否发生错误，如果为真，则表示有错误发生，会调用<stdio.h>头文件中的perror，这个函数会打印出errno的实际意义，还会打印出我们传入的字符串，也就是第函数第二个参数，让我们很方便定位到程序出现错误的地方。然后使用<stdlib.h>中的exit函数让程序退出并返回一个预定义常量EXIT_FAILURE。

上面需要通过五行代码来处理可以改写为如下形式：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
errif(sockfd == -1, "socket create error");

 对于所有的socket,bind,listen,accept,connect等函数，我们都使用这种方式处理错误：

errif(bind(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1, "socket bind error");
errif(listen(sockfd, SOMAXCONN) == -1, "socket listen error");
int clnt_sockfd = accept(sockfd, (sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_len);
errif(clnt_sockfd == -1, "socket accept error");
errif(connect(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1, "socket connect error");

到现在最简单的错误处理函数已经封装好了，但这仅仅用于本教程的开发，在真实的服务器开发中，错误绝不是一个如此简单的话题。

当我们建立一个socket连接后，就可以使用<unistd.h>头文件中read和write来进行网络接口的数据读写操作了。

这两个函数用于TCP连接。如果是UDP，需要使用sendto和recvfrom，这些函数的详细用法可以参考游双《Linux高性能服务器编程》第五章第八节。

接下来的教程用注释的形式写在代码中，先来看服务器代码：

while (true) {char buf[1024];     //定义缓冲区memset(&buf, 0, sizeof(buf));       //清空缓冲区ssize_t read_bytes = read(clnt_sockfd, buf, sizeof(buf)); //从客户端socket读到缓冲区，返回已读数据大小if(read_bytes > 0){printf("message from client fd %d: %s\n", clnt_sockfd, buf);  write(clnt_sockfd, buf, sizeof(buf));           //将相同的数据写回到客户端} else if(read_bytes == 0){             //read返回0，表示EOFprintf("client fd %d disconnected\n", clnt_sockfd);close(clnt_sockfd);break;} else if(read_bytes == -1){        //read返回-1，表示发生错误，按照上文方法进行错误处理close(clnt_sockfd);errif(true, "socket read error");}
}

 客户端代码逻辑是一样的：

while(true){char buf[1024];     //定义缓冲区memset(&buf, 0,sizeof(buf));       //清空缓冲区scanf("%s", buf);             //从键盘输入要传到服务器的数据ssize_t write_bytes = write(sockfd, buf, sizeof(buf));      //发送缓冲区中的数据到服务器socket，返回已发送数据大小if(write_bytes == -1){          //write返回-1，表示发生错误printf("socket already disconnected, can't write any more!\n");break;}memset(&buf, 0,sizeof(buf));       //清空缓冲区 ssize_t read_bytes = read(sockfd, buf, sizeof(buf));    //从服务器socket读到缓冲区，返回已读数据大小if(read_bytes > 0){printf("message from server: %s\n", buf);}else if(read_bytes == 0){      //read返回0，表示EOF，通常是服务器断开链接，等会儿进行测试printf("server socket disconnected!\n");break;}else if(read_bytes == -1){     //read返回-1，表示发生错误，按照上文方法进行错误处理close(sockfd);errif(true, "socket read error");}
}

一个小细节，Linux系统的文件描述符理论上是有限的，在使用完一个fd之后，需要使用头文件<unistd.h>中的close函数关闭。更多内核相关知识可以参考Robert Love《Linux内核设计与实现》的第三版。

由于是一个while(true)循环，客户端可以一直输入，服务器也会一直echo我们的消息。由于scanf函数的特性，输入的语句遇到空格时，会当成多行进行处理，我们可以试试。

接下来在客户端使用control+c终止程序，可以看到服务器也退出了程序并显示：

client fd 4 disconnected

再次运行两个程序，这次我们使用control+c终止掉服务器，再试图从客户端发送信息，可以看到客户端输出：

server socket disconnected!

至此，我们已经完整地开发了一个echo服务器，并且有最基本的错误处理！

但现在，我们的服务器只能处理一个客户端，我们可以试试两个客户端同时连接服务器，看程序将会如何运行。在day03的教程里，我们将会讲解Linux系统高并发的基石–epoll，并编程实现一个可以支持无数客户端同时连接的echo服务器！

服务端源码：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "util.h"int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);errif(sockfd == -1, "socket create error");struct sockaddr_in serv_addr;memset&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");serv_addr.sin_port = htons(8888);errif(bind(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1, "socket bind error");errif(listen(sockfd, SOMAXCONN) == -1, "socket listen error");struct sockaddr_in clnt_addr;socklen_t clnt_addr_len = sizeof(clnt_addr);memset(&clnt_addr, 0, sizeof(clnt_addr));int clnt_sockfd = accept(sockfd, (sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_len);errif(clnt_sockfd == -1, "socket accept error");printf("new client fd %d! IP: %s Port: %d\n", clnt_sockfd, inet_ntoa(clnt_addr.sin_addr), ntohs(clnt_addr.sin_port));while (true) {char buf[1024];memset(&buf, 0, sizeof(buf));ssize_t read_bytes = read(clnt_sockfd, buf, sizeof(buf));if(read_bytes > 0){printf("message from client fd %d: %s\n", clnt_sockfd, buf);write(clnt_sockfd, buf, sizeof(buf));} else if(read_bytes == 0){printf("client fd %d disconnected\n", clnt_sockfd);close(clnt_sockfd);break;} else if(read_bytes == -1){close(clnt_sockfd);errif(true, "socket read error");}}close(sockfd);return 0;
}

 客户端源码：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "util.h"int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);errif(sockfd == -1, "socket create error");struct sockaddr_in serv_addr;memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");serv_addr.sin_port = htons(8888);errif(connect(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1, "socket connect error");while(true){char buf[1024];memset(&buf, 0, sizeof(buf));scanf("%s", buf);ssize_t write_bytes = write(sockfd, buf, sizeof(buf));if(write_bytes == -1){printf("socket already disconnected, can't write any more!\n");break;}memset(&buf, 0, sizeof(buf));ssize_t read_bytes = read(sockfd, buf, sizeof(buf));if(read_bytes > 0){printf("message from server: %s\n", buf);}else if(read_bytes == 0){printf("server socket disconnected!\n");break;}else if(read_bytes == -1){close(sockfd);errif(true, "socket read error");}}close(sockfd);return 0;
}

异常处理函数：

#include "util.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void errif(bool condition, const char *errmsg){if(condition){perror(errmsg);exit(EXIT_FAILURE);}
}

异常处理头文件

#ifndef UTIL_H
#define UTIL_Hvoid errif(bool, const char*);#endif

Makefile ：

server:
    g++ util.cpp client.cpp -o client && \
    g++ util.cpp server.cpp -o server
clean:
    rm server && rm client