C++实现TCP消息传递客户端与服务器

在C++中，使用TCP协议进行消息传递是一种常见的网络编程应用。TCP是一种面向连接的可靠传输协议，能够确保数据包按序无误地到达目标。我们可以使用C++中的 socket API来实现TCP客户端与服务器的消息传递。

一、TCP通信基本流程

1.1 服务器端流程

创建Socket：使用 socket()系统调用创建一个套接字。
绑定Socket：使用 bind()将套接字绑定到指定的IP地址和端口。
监听连接：使用 listen()监听来自客户端的连接请求。
接受连接：使用 accept()接受客户端的连接。
接收与发送消息：使用 recv()接收客户端的消息，使用 send()发送响应。
关闭连接：通信结束后，使用 close()关闭套接字。

1.2 客户端流程

创建Socket：使用 socket()创建套接字。
连接服务器：使用 connect()连接到服务器的IP地址和端口。
发送与接收消息：使用 send()发送消息，使用 recv()接收服务器的响应。
关闭连接：通信结束后，使用 close()关闭连接。

二、服务器端代码实现

下面是一个简单的TCP服务器的C++实现，服务器将接受来自客户端的连接，并与客户端进行消息传递。

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    const char *response = "Message received";

    // 1. 创建套接字
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == 0) {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 2. 配置地址和端口
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定到本地所有IP地址
    address.sin_port = htons(PORT);        // 设置端口

    // 3. 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        std::cerr << "Bind failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 4. 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        std::cerr << "Listen failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    std::cout << "Waiting for connections on port " << PORT << std::endl;

    // 5. 接受连接
    new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    if (new_socket < 0) {
        std::cerr << "Accept failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 6. 读取客户端发送的消息
    int valread = read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    std::cout << "Client: " << buffer << std::endl;

    // 7. 发送回应消息
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);
    std::cout << "Response sent to client" << std::endl;

    // 8. 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

代码说明：

socket()：创建一个套接字，指定协议族为IPv4（AF_INET），协议类型为TCP（SOCK_STREAM）。
bind()：将套接字与IP地址和端口绑定。
listen()：开始监听传入的连接请求，3表示监听队列的最大连接数。
accept()：接受一个客户端连接。
read()：从客户端读取数据。
send()：向客户端发送数据。
close()：关闭套接字，释放资源。

三、客户端代码实现

客户端代码的实现与服务器端类似，只是客户端主动发起连接，并向服务器发送消息。

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

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    const char *message = "Hello from client";
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 1. 创建套接字
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 2. 配置服务器地址和端口
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将IP地址转换为二进制格式
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        std::cerr << "Invalid address/ Address not supported" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 3. 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        std::cerr << "Connection failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 4. 发送消息
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    std::cout << "Message sent to server" << std::endl;

    // 5. 接收服务器的回应
    int valread = read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
    std::cout << "Server: " << buffer << std::endl;

    // 6. 关闭套接字
    close(sock);

    return 0;
}

代码说明：

socket()：创建客户端套接字。
inet_pton()：将字符串形式的IP地址转换为二进制形式，供 connect()使用。
connect()：发起与服务器的连接请求。
send()：向服务器发送数据。
read()：从服务器接收回应。
close()：关闭连接。

四、运行步骤

4.1 编译服务器和客户端代码

分别将上述服务器和客户端代码保存为 server.cpp和 client.cpp，然后使用 g++编译。

g++ server.cpp -o server
g++ client.cpp -o client

4.2 启动服务器

首先启动服务器程序：

./server

服务器会监听 8080端口，等待客户端连接。

4.3 启动客户端

在另一个终端中，运行客户端程序：

./client

客户端将连接服务器，并发送消息“Hello from client”。

4.4 查看结果

服务器和客户端将会输出相应的消息传递结果：

服务器会显示收到的客户端消息，并发送回应“Message received”。
客户端将会收到服务器的回应。

五、总结

本示例通过C++实现了一个基本的TCP消息传递系统，包括客户端与服务器的通信流程。服务器负责监听端口，接受客户端连接并进行消息交互，而客户端主动连接服务器并发送消息。

核心操作总结：

Socket创建：通过 socket()创建通信套接字。
服务器绑定和监听：服务器通过 bind()绑定IP和端口，并通过 listen()监听连接请求。
客户端连接：客户端通过 connect()连接服务器。
消息收发：使用 send()和 recv()进行消息传递。
资源管理：使用 close()关闭套接字，释放资源。

通过这些步骤，我们可以在C++中实现稳定的TCP消息传递系统，适用于需要可靠数据传输的场景。

C++实现TCP消息传递客户端与服务器