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day02-不要放过任何一个错误.md

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day02-不要放过任何一个错误

在上一天,我们写了一个客户端发起socket连接和一个服务器接受socket连接。然而对于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,而这显然是不可能的,不管写代码水平多高,就算你是林纳斯,也会在程序里写出bug。

在《Effective C++》中条款08讲到,别让异常逃离析构函数。在这里我拓展一下,我们不应该放过每一个异常,否则在大型项目开发中一定会遇到很难定位的bug!

具体信息可以参考《Effective C++》原书条款08,这里不再赘述。

对于Linux系统调用,常见的错误提示方式是使用返回值和设置errno来说明错误类型。

详细的C++语言异常处理请参考《C++ Primer》第五版第五章第六节

通常来讲,当一个系统调用返回-1,说明有error发生。我们来看看socket编程最常见的错误处理模版:

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

在使用的时候:

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

这样我们只需要使用一行进行错误处理,写起来方便简单,也输出了自定义信息,用于定位bug。

对于所有的函数,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readwrite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sendtorecvfrom,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
    bzero(&buf, 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EOF
        printf("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
    bzero(&buf, 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;
    }
    bzero(&buf, 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。

至此,day02的主要教程已经结束了,完整源代码请在code/day02文件夹,接下来看看今天的学习成果以及测试我们的服务器!

进入code/day02文件夹,使用make命令编译,将会得到serverclient。输入命令./server开始运行,直到accept函数,程序阻塞、等待客户端连接。然后在一个新终端输入命令./client运行客户端,可以看到服务器接收到了客户端的连接请求,并成功连接。现在客户端阻塞在scanf函数,等待我们键盘输入,我们可以输入一句话,然后回车。在服务器终端,我们可以看到:

message from client fd 4: Hello!

然后在客户端,也能接受到服务器的消息:

message from server: Hello!

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!

完整源代码:https://github.com/yuesong-feng/30dayMakeCppServer/tree/main/code/day02