typechat聊天项目构建第一步！echo server

ehco server是聊天系统的细胞核

自己和自己聊天，就是echo server

它包含了聊天应用最底层的一切：建立连接 → 接收数据 → 处理数据 → 返回数据 → 关闭连接。把这个流程跑通，后面的所有功能（登录、好友、群聊、文件传输）都只是在这个骨架上加肉。

上网聊天的本质是什么
打字“你好” -> 网路传输 -> 对方收到“你好”
也就是客户端 write(“你好”) → TCP 传输 → 服务端 read() → 服务端 write(“你好”) → 另一个客户端 read()

证明了数据能在两台机器之间传输，接下来就是如何实现这个功能

1. 了解头文件分工

参考，用了哪些头文件，头文件提供了哪些功能，白话解释

头文件	提供了哪些功能	白话
	memset	把内存清空
	cout/cerr	往屏幕里面打印东西
<sys/socket.h>	socket()/bind()/listen()/accept()	创建和绑定套接字，是网络通信核心函数
<netinet/in.h>	sockaddr_in结构体,htons()	存IP+端口的数据结构
<arpa/inet.h>	inet_ntop()	把二进制的IP地址转换成点分十进制的IP地址
<unistd.h>	close()	关闭套接字
<fcntl.h>	fcntl()	设置套接字为非阻塞
<sys/epoll.h>	epoll_create()/epoll_ctl()/epoll_wait()	epoll多路复用
<sys/types.h>	socklen_t	数据类型

2. 创建socket的实现方法

1	int socket(int domain, int type, int protocol);

domain: 协议族，ipv4使用AF_INET
type: 套接字类型，SOCK_STREAM表示TCP
protocol: 协议，0表示默认协议

返回server_fd：套接字文件描述符，在linux中一切皆文件，套接字也不例外，后面的操作都通过这个数字来进行

3.sockaddr_in结构体————地址结构体

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

舒适化addr_in结构体，对三个字段逐个进行设置

struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET; //协议族，告诉系统我使用的是什么协议（ipv4）
addr.sin_port = htons(8080); //端口号，监听本机所有ip，端口号8080
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //ip地址，监听本机所有ip，INADDR_ANY表示本机所有ip

为什么要使用htons()函数？

htons()函数将主机字节序转换成网络字节序
主机字节序：小端序，低地址存低位，高地址存高位
网络字节序：大端序，低地址存高位，高地址存低位
为什么要转换？因为网络传输数据时，数据是以大端序传输的，所以需要转换成大端序

4.bind()函数————对socket进行绑定

1	int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd: 套接字文件描述符，刚才socket()函数返回的
addr: 地址结构体，刚才addr_in结构体设置好的
addrlen: 地址结构体长度，sizeof(addr)告诉函数要读多少字节

5.listen()函数————开始监听

1	int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd: 套接字文件描述符，刚才socket()函数返回的
backlog: 等待队列长度，表示最多有多少个客户端可以排队等待连接

6.accept()函数————接受客户端连接

sockaddr_in client_addr{};                        // 空的，等 accept 往里填
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);       // 结构体大小，必须传

int client_fd = accept(server_fd,                 // 从哪个监听 socket 接受
                       (sockaddr*)&client_addr,   // 输出：客户端信息存这里
                       &client_len);              // 输入输出：结构体大小

server_fd: 监听套接字文件描述符，刚才socket()函数返回的
client_addr: 客户端地址结构体，accept 会往里填写客户端信息
client_len: 客户端地址结构体长度，必须传，accept 会修改这个值

client_fd与server_fd的区别:

accept()函数会返回一个新的套接字文件描述符，这个套接字文件描述符专门用来和客户端通信，和server_fd没有关系
server_fd是用来监听的，client_fd是用来通信的
client_fd是专属的服务员，只服务一个人，收发数据，用完就关闭
server_fd是公共的，只负责接客，不负责服务，永远监听

accept()是阻塞的，如果没有客户端连接，accept()会一直等待，直到有客户端连接为止

7. 打印客户端信息

char client_ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0}; // 存储客户端IP地址
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, INET_ADDRSTRLEN); // 将二进制IP地址转换成点分十进制的IP地址
cout << "client ip: " << client_ip << endl; // 打印客户端IP地址

inet_ntop()与inet_pton()的区别:

inet_ntop()是将二进制的IP地址转换成点分十进制的IP地址 ,network to presentation
inet_pton()是将点分十进制的IP地址转换成二进制的IP地址 ,presentation to number
ntohs与htons的区别
ntohs是将网络字节序转换成主机字节序,network to host
htons是将主机字节序转换成网络字节序,host to network

8.收发循环

while (true) {
    char buffer[1024] = {0}; // 在栈上分配1024字节的内存，用于存储接收到的数据
        int bytes_read = read(client_fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    //                                     ^^^^^^^^^^^^^^^^^
    //                                     留 1 个字节给 '\0'，确保是合法字符串

}

read()的三种返回值：

返回值	含义	处理方式
>0	读到了N个字节	正常处理数据
=0	客户端关闭了连接	break退出循环
<0	读取出错了	打印错误信息，break退出循环

9.关闭套接字

1 2	close(client_fd); // 关闭客户端套接字 close(server_fd); // 关闭服务器套接字

不关的话下一次用会显示端口被占用，先关闭客户端套接字，再关闭服务器套接字

简要概述整个流程

socket() → 创建水管，拿到文件描述符 server_fd = 3
↓
bind() → 把水管接在端口 8080 上
↓
listen() → 竖起耳朵，最多排队 3 个
↓
accept() → 阻塞等待，有人连接时返回 client_fd = 4
↓
read() → 阻塞等待客户端发数据
↓
write() → 把数据原样发回去
↓
close() → 关闭两个文件描述符，释放资源

server_fd = 3 （前台，只管接客）
client_fd = 4 （服务员，和具体客户聊天）