使用C++实现简单的TCP服务器和客户端

使用C++实现简单的TCP服务器和客户端

• 介绍
• 准备工作
• 1. TCP服务器实现
• • 代码结构
  • 解释
• 2. TCP客户端实现
• • 代码结构
  • 解释
• 3. 测试
• • 1.编译：
  • 2.运行
• 结语

介绍

本文将通过一个简单的例子，介绍如何使用C++实现一个基本的TCP服务器和客户端。这个例子展示了如何创建服务器端接收客户端的连接，如何处理接收到的数据，并如何将数据发送回客户端。

我们会分两部分来介绍：

准备工作

首先，确保你的开发环境中已经安装了C++编译器（如GCC或Clang）以及支持的标准库。在Linux或类Unix系统上进行开发是最常见的，下面的代码也适用于这种环境。

1. TCP服务器实现

代码结构

首先，来看下TCP服务器的代码实现：

#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <thread>

#define SERVER_PORT 12345
#define BUFFER_SIZE 1024

class TcpServer {
public:
TcpServer(int port);
~TcpServer();
void Start();
void Stop();

private:
void ListenThreadFunc();
void ReceiveThreadFunc(int clientSocket);
void CloseListenSocket();
void CloseDataSocket();

int mListenSocket;
int mDataSocket;
int mPort;
std::unique_ptr<std::thread> mListenThread;
bool mRunning;
};

TcpServer::TcpServer(int port) : mListenSocket(–1), mDataSocket(–1), mPort(port), mListenThread(nullptr), mRunning(false) {}

TcpServer::~TcpServer() {
Stop();
}

void TcpServer::Start() {
if (mRunning) {
std::cerr << "Server is already running!" << std::endl;
return;
}

mRunning = true;

mListenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (mListenSocket == –1) {
std::cerr << "Failed to create listen socket!" << std::endl;
return;
}

sockaddr_in serverAddr{};
memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(mPort);
serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

if (bind(mListenSocket, reinterpret_cast<const sockaddr*>(&serverAddr), sizeof(serverAddr)) == –1) {
std::cerr << "Failed to bind socket!" << std::endl;
CloseListenSocket();
return;
}

if (listen(mListenSocket, 5) == –1) {
std::cerr << "Failed to listen on socket!" << std::endl;
CloseListenSocket();
return;
}

mListenThread = std::make_unique<std::thread>([this] { ListenThreadFunc(); });
}

void TcpServer::Stop() {
if (!mRunning) return;

mRunning = false;
CloseListenSocket();
CloseDataSocket();

if (mListenThread && mListenThread->joinable()) {
mListenThread->join();
}
}

void TcpServer::ListenThreadFunc() {
while (mRunning) {
sockaddr_in clientAddr{};
socklen_t len = sizeof(clientAddr);

int clientSocket = accept(mListenSocket, reinterpret_cast<sockaddr*>(&clientAddr), &len);
if (clientSocket == –1) {
std::cerr << "Accept failed!" << std::endl;
continue;
}

std::cout << "Client connected!" << std::endl;

std::thread receiveThread([this, clientSocket] { ReceiveThreadFunc(clientSocket); });
receiveThread.detach();
}
}

void TcpServer::ReceiveThreadFunc(int clientSocket) {
char buffer[BUFFER_SIZE];
while (mRunning) {
memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
int res = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer) – 1, 0);
if (res <= 0) {
std::cerr << "Receive failed or client disconnected!" << std::endl;
break;
}

std::cout << "Received from client: " << buffer << std::endl;
send(clientSocket, "Message received", 17, 0); // Send acknowledgment back
}

CloseDataSocket();
}

void TcpServer::CloseListenSocket() {
if (mListenSocket != –1) {
close(mListenSocket);
mListenSocket = –1;
}
}

void TcpServer::CloseDataSocket() {
if (mDataSocket != –1) {
close(mDataSocket);
mDataSocket = –1;
}
}

int main() {
TcpServer server(SERVER_PORT);
server.Start();

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::minutes(10)); // Server will run for 10 minutes
server.Stop();

return 0;
}

解释

• TcpServer 类：定义了一个 TcpServer 类来处理服务器的启动、停止以及接收客户端请求。
• Start() 方法：创建一个监听套接字，绑定端口并开始监听。
• ListenThreadFunc() 方法：负责监听来自客户端的连接请求。
• ReceiveThreadFunc() 方法：每个客户端连接都会创建一个新的线程来处理数据接收。

2. TCP客户端实现

代码结构

接下来是客户端的实现。客户端需要连接到服务器，发送请求并接收响应。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>

#define SERVER_PORT 12345
#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
int clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientSocket == –1) {
std::cerr << "Create socket failed!" << std::endl;
return –1;
}

sockaddr_in serverAddr{};
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);

if (connect(clientSocket, reinterpret_cast<sockaddr*>(&serverAddr), sizeof(serverAddr)) == –1) {
std::cerr << "Connect to server failed!" << std::endl;
close(clientSocket);
return –1;
}

std::cout << "Connected to server!" << std::endl;

// Send message
std::string message = "Hello from client!";
send(clientSocket, message.c_str(), message.size(), 0);

// Receive response
char buffer[BUFFER_SIZE];
ssize_t receivedBytes = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer) – 1, 0);
if (receivedBytes == –1) {
std::cerr << "Receive failed!" << std::endl;
} else if (receivedBytes == 0) {
std::cerr << "Server closed connection!" << std::endl;
} else {
buffer[receivedBytes] = '\\0';
std::cout << "Received from server: " << buffer << std::endl;
}

close(clientSocket);
return 0;
}

解释

• TcpClient：客户端通过 connect() 与服务器建立连接，使用 send() 发送数据，并通过 recv() 接收服务器的响应。

3. 测试

1.编译：

• 编译服务器：

g++ TcpServer.cpp -o TcpServer -std=c++17 -lpthread

• 编译客户端

g++ TcpClient.cpp -o TcpClient -std=c++17

2.运行

• 启动服务器：

./TcpServer

• 启动客户端

./TcpClient

结语

通过这篇文章，我们实现了一个简单的 TCP 服务器和客户端示例，学习了如何使用 C++ 来进行网络编程。在实际项目中，你可以根据需求进一步扩展这些功能，比如加入多线程处理、客户端消息队列、认证机制等。