網(wǎng)絡(luò)編程-基于TCP的簡(jiǎn)易聊天室-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

網(wǎng)絡(luò)編程課程設(shè)計(jì) -基于TCP的簡(jiǎn)易聊天室一、 實(shí)驗(yàn)基本信息概要1. 題目要求熟悉異步網(wǎng)絡(luò)編程的基本方法，掌握異步網(wǎng)絡(luò)編程和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的方法。要求采用select模型、WSAAsyncSelect模型、WSAEventSelect模型、重疊模型或完成端口等模型完成編程任務(wù)。2. 上機(jī)要求要求采用select模型、WSAAsyncSelect模型、WSAEventSelect模型、重疊模型或完成端口等模型完成下面的任務(wù)。3. 題目?jī)?nèi)容內(nèi)容概要：實(shí)現(xiàn)一個(gè)聊天室，支持多人聊天。也可以增加私聊等功能。 4. 開(kāi)發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows 7 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：C+集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：Microsoft Visual Studio 2010 二、 系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. 界面本軟件使用DOS控制臺(tái)界面，界面風(fēng)格較為樸素，沒(méi)用使用復(fù)雜的顏色。但是對(duì)聊天時(shí)界面進(jìn)行了一定的控制和修正使得界面較為美觀，易讀。服務(wù)器：客戶端：2. 軟件功能本軟件實(shí)現(xiàn)了聊天室基本的功能，包括公開(kāi)聊天，私聊，獲取在線用戶，更改昵稱，獲得幫助等。1） 公開(kāi)聊天在光標(biāo)處直接輸入消息后按回車即為發(fā)送公開(kāi)聊天，如下圖所示。2） 私聊使用命令【 /m 對(duì)方UID 消息 】即可發(fā)送私聊，私聊只有對(duì)方可以看到，如下圖所示：客戶端1，密聊UID為132的用戶。發(fā)送后客戶端2，UID為132的用戶收到私聊消息。3） 獲取在線用戶列表使用命令【/list】即可獲得在線用戶列表，用戶列表會(huì)議系統(tǒng)消息的方式返回，如下圖所示。命令發(fā)送后4） 更改昵稱使用命令【/name 你的新昵稱】即可立即更改昵稱，成功修改后服務(wù)器會(huì)以系統(tǒng)消息的方式返回成功修改的提示。命令命令發(fā)送后5） 幫助信息使用命令【/help】即可查看服務(wù)器的歡迎信息，里面包含了該聊天室的使用幫助，如下圖所示。命令命令發(fā)送后3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)本軟件時(shí)，我使用了面向?qū)ο蟮乃枷?，把服?wù)器和客戶端封裝成對(duì)應(yīng)的類，類設(shè)計(jì)將會(huì)在下一節(jié)做詳細(xì)介紹。通行方面我在服務(wù)器接受客戶端消息，和客戶端接受服務(wù)器消息時(shí)使用了select模型，發(fā)送信息我使用的是普通的socket原語(yǔ)?；驹頌榉?wù)器與客戶端建立TCP連接，然后服務(wù)器負(fù)責(zé)路由消息到各個(gè)客戶端。4. 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)本軟件對(duì)流程復(fù)雜的SELECT模型進(jìn)行了細(xì)致的拆分與抽象，做到了邏輯流程清晰，每個(gè)函數(shù)簡(jiǎn)潔易懂，層次分明。例如服務(wù)器啟動(dòng)函數(shù)： 它其實(shí)就完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的流程，初始化socket，綁定，監(jiān)聽(tīng)，初始化fd_socket集合，死循環(huán)調(diào)用select。通過(guò)合理的封裝底層原語(yǔ)和加入異常處理（異常交給頂層處理），使得代碼專注于業(yè)務(wù)流程而不是繁雜的異常判斷語(yǔ)句，在看下面這個(gè)函數(shù)DoSelect()。它也只完成一個(gè)簡(jiǎn)單的流程，調(diào)用select，然后循環(huán)處理有讀事件的socket。接下來(lái)的DoFDRead（）函數(shù)完成的事情也非常直接，如果有事件的socket是監(jiān)聽(tīng)socket的話，那么就是接收到了一個(gè)新的連接，否則是接收到了新的小。從上面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中可以看到，本軟件最大的優(yōu)點(diǎn)就是精心設(shè)計(jì)的類和函數(shù)。避免了使用select模型常見(jiàn)的反復(fù)嵌套的循環(huán)和判斷，每個(gè)函數(shù)清晰明了。本系統(tǒng)還存在以下不足，首先是沒(méi)有對(duì)界面做更深入的優(yōu)化，只是做了最基本的調(diào)整，讓輸入輸出更加雅觀，其次是底層原語(yǔ)的封裝并沒(méi)有考慮到泛用性。三、 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)這部分的文檔在編碼之前已經(jīng)基本完成，由于時(shí)間較為倉(cāng)促，部分內(nèi)容可能和實(shí)際有所出入。1. ChatServer類該類負(fù)責(zé)完成服務(wù)器所有操作。1） 類圖2) 成員變量Map m_clients 聊天者的SOCKET與昵稱的映射fd_set m_fdSocket 可用套接字集合fd_set m_fdRead 有事件發(fā)生的套接字集合SOCKET m_sListen 監(jiān)聽(tīng)SocketSOCKET m_sNowClient 當(dāng)前處理的客戶套接字int m_nPort 監(jiān)聽(tīng)端口3) 方法設(shè)計(jì)void Bind()void Listen() void Select()int Recv()SOCKET Accept()封裝底層原語(yǔ)，并加入異常機(jī)制，使得外部調(diào)用簡(jiǎn)約明了。構(gòu)造函數(shù)傳入監(jiān)聽(tīng)端口，初始化m_nPortStart()1）初始化監(jiān)聽(tīng)套接字：void InitListenSocket() 2）綁定套接字至本地機(jī)器：void Bind()3）進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)模式（設(shè)置為非阻塞）：void Listen() 4）初始化可用套接字集合 void InitFDSocket()5）死循環(huán)，調(diào)用select方法 DoSelect()6）結(jié)束DoSelect()1）令m_fdRead = m_fdSocket2）調(diào)用Select()3）循環(huán)處理Select的結(jié)果 DoFdRead(Socket sRead)4）結(jié)束DoFdRead(int iReadIndex)1）判斷是否為m_sListen2）是m_sListen RecvNewConnect()3）否則 令m_sNowClient = m_fdReadiReadIndex，調(diào)用RecvNewMessage()RecvNewConnect()1）判斷是否達(dá)到套接字上線2）調(diào)用Accept()，接收連接sClient3）添加sCilent 至 m_fdSocket4）添加套接字至m_clients AddClientToInfoMap(string name)AddClientToInfoMap(string name)1）以SOKCET為鍵，name為值加入MAPRecvNewMessage()1）調(diào)用Recv函數(shù)2）是否為命令 IsCommand(string str)3）是，則DoCommand(string cmd)4）否，則DoMessage(string msg)5）結(jié)束IsCommand(string str)1）判斷是否以 / 開(kāi)頭DoCommand(string cmd)1）判斷指令，并解析命令與參數(shù)（argc, argv）2）調(diào)用指令處理函數(shù)3）假設(shè)只有SetName命令，那么則將對(duì)應(yīng)的套接字的名稱設(shè)置DoMessage(string msg)1）拼接消息與名字 BuildMsg(string msg)2）在服務(wù)器上輸出3）消息路由DispatchMessage(string msg)BuildMsg(string msg)1）從m_clients 中取出用戶昵稱2）拼接字符串，形成格式如下超人君(127.0.0.1) 23:49:48 說(shuō):大家好! 即為：昵稱（IP地址）時(shí)間 說(shuō)：消息正文3）返回DispatchMessage(string msg)1）構(gòu)造迭代器2） 遍歷m_clients,若不是自身，則派送消息Send()2. ChatClient 類該類負(fù)責(zé)處理客戶端的所有操作。1） 類圖2） 字段設(shè)計(jì)SOCKET m_sClient客戶端自身的socketSOCKET m_sServer服務(wù)器socketstring m_name昵稱sockaddr_in m_ServerAddr;服務(wù)器地址3） 方法設(shè)計(jì)構(gòu)造函數(shù)根據(jù)端口號(hào)和服務(wù)器IP初始化m_serverConnect()void Select()int Recv()void Send()int Select()封裝底層原語(yǔ)，加入異常處理，使得外部調(diào)用節(jié)約優(yōu)雅。void Start()1）初始化套接字 InitClientSocket()2）連接服務(wù)器 Connect() 設(shè)置為非阻塞模式3）獲取名字并發(fā)送至服務(wù)器 InitName()4）創(chuàng)建新線程并顯示替他用戶發(fā)言 線程函數(shù)RecvMsgThread()5）循環(huán) SendMsg()6）關(guān)閉客戶端 CloseClient()InitName()1）提示輸入昵稱2）獲取昵稱3）合法性判斷 判斷重復(fù)4）添加命令格式5）發(fā)送至服務(wù)器SendMsg()1）讀取一行消息2）判斷是否為命令 IsCommand(string str)3）命令：處理命令 DoCommand(string cmd)4）消息：處理消息 DoMessage(string msg)DoMessage(string msg)1）發(fā)送消息 Send()2）本地回顯RecvMsgThread()1） 初始化fdSocket,將m_sClient加入2）創(chuàng)建fdRead3）死循環(huán),將m_sClient拷貝至fdRead4）調(diào)用Select5）循環(huán)，并輸出收到的消息 Recv()3. SocketException類該類負(fù)責(zé)記錄SOKCET錯(cuò)誤的代碼以及錯(cuò)誤信息。1） 類圖4. 命令協(xié)議命令格式為 /命令 參數(shù)1 參數(shù)21. 退出: /exit2. 獲取在線用戶列表：/getuser 3. 私聊： /m UID 信息4. 清屏：/clear5. 幫助：/help處理方式IsCommand(string str) 負(fù)責(zé)解析是否為命令判斷首字母是否為斜杠/ str.at(0) = /ResoveCommand(string cmd, int& argc, string argv) 若是命令將命令解析為argc,argvDoCommand(string cmd) 處理命令，調(diào)用具體的XXX命令處理函數(shù)DoCmdXXXX()。5. 消息格式1） 公共消息超人君(127.0.0.1) UID:100 說(shuō):大家好!李四(127.0.0.1) UID:101 說(shuō)：你好！2） 私聊你悄悄地對(duì) ABC UID：100 說(shuō)： 你好CDF UID:101 悄悄地對(duì)你說(shuō)： 你好3） 服務(wù)器消息【系統(tǒng)消息】XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。4） 程序內(nèi)部提示System Infoxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx四、 系統(tǒng)測(cè)試1. 服務(wù)器使用錯(cuò)誤2. 客戶端使用錯(cuò)誤3. 啟動(dòng)服務(wù)器5. 啟動(dòng)客戶端客戶端出現(xiàn)歡迎信息以及昵稱輸入提示。服務(wù)器出現(xiàn)連接提示6. 關(guān)閉客戶端服務(wù)器出現(xiàn)斷開(kāi)連接提示7. 啟動(dòng)服務(wù)器錯(cuò)誤提示給出錯(cuò)誤提示信息和提示代碼8. 公開(kāi)聊天所有客戶端以及服務(wù)器都會(huì)顯示。9. 私聊只有私聊的二人才能看到聊天信息，其他用戶和服務(wù)器無(wú)法看到。10. 錯(cuò)誤的私聊私聊自己會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤提示私聊不存在的用戶也會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤提示11. 更名12. 獲取在線用戶13. 幫助14. 非法指令非法指令會(huì)給出錯(cuò)誤提示。15. 非法的指令參數(shù)16. 連接服務(wù)器失敗五、心得體會(huì)這次實(shí)現(xiàn)我深入研究了select模型的使用，完成了一個(gè)簡(jiǎn)易的聊天室。這次試驗(yàn)也使我在編程技巧方面也有了很大的提高。六、完整代碼Charserverd.cpp 服務(wù)器main函數(shù)文件#include ChatServer.h#include SockException.h#include InitSock.h#include using namespace std;InitSock initSock;int main(int argc, char* argv)if (argc 2)cout Usage: argv0 Port endl;return 1;ChatServer charServer(atoi(argv1);trycharServer.Start();catch (SockException& e)cout e.GetErrorInfo() endl;cout System ErrorError Code: e.GetErrorCode() endl;ChatServer.h 服務(wù)器類頭文件#ifndef CHAT_SERVER_H#define CHAT_SERVER_H#include #include #include #include ClientInfo.husing namespace std;class ChatServerpublic:void Start();void End();ChatServer(int nPort);ChatServer(void);private:void InitFDSocket();void DoSelect();void DoFDRead(SOCKET sRead);void RecvNewConnect();string IPAddrToString(sockaddr_in sin);void AddClientToInfoMap(ClientInfo info);void RecvNewMessage();bool IsCommand(string str);void DoCommand(string cmd);void ResoveCommand(string cmd, int& argc, string argv);void DoCmdName(int argc, string argv);void DoCmdGetUsers(int argc, string argv);void DoMessage(string msg);void DoCmdPrivateMsg(int argc, string argv);string BuildMessage(string str, bool bIsPublic);string BuildSystemMsg(string str);void DispatchMessage(string msg); void CloseConnect();string IntToString(int nNum);/=簡(jiǎn)單封裝底層原語(yǔ)=void InitListenSocket();void Bind();void Listen() ;int Select();int Recv(char msgBuff);void Send(string msg, SOCKET client);SOCKET Accept(sockaddr_in& sin);/=private:map m_clients; fd_set m_fdSocket; fd_set m_fdRead;SOCKET m_sListen; SOCKET m_sNowClient; int m_nPort; ;#endif CHAT_SERVER_HChatServer.cpp 服務(wù)器類#include #include #include ChatServer.h#include SockException.h#pragma comment(lib, ws2_32.lib)using namespace std;#define MAX_BUFF_SIZE 500typedef map:iterator map_it;ChatServer:ChatServer(int nPort)this-m_nPort = nPort;void ChatServer:Start()InitListenSocket();Bind();Listen();InitFDSocket();while (true)DoSelect();void ChatServer:DoSelect()m_fdRead = m_fdSocket;int nRet = Select();if (nRet 0)for (int i = 0; i = FD_SETSIZE)cout System Info接受連接達(dá)到上限，拒絕連接 endl;return;sockaddr_in clientAddr;m_sNowClient = Accept(clientAddr);ClientInfo clientInfo(clientAddr);cout System Info接受來(lái)自 clientInfo.GetIp() 的連接 endl;FD_SET(m_sNowClient, &m_fdSocket);AddClientToInfoMap(clientInfo);string ChatServer:IPAddrToString(sockaddr_in sin)string str = inet_ntoa(sin.sin_addr);str.append(:);char szFormat20; str.append(ltoa( ntohs(sin.sin_port),szFormat,10);return str;void ChatServer:AddClientToInfoMap(ClientInfo info)m_clientsm_sNowClient = info;void ChatServer:RecvNewMessage()char msgBuffMAX_BUFF_SIZE;int nRet = Recv(msgBuff);string msg(msgBuff);if (nRet = 0) return;if (IsCommand(msg)DoCommand(msg);elseDoMessage(msg);void ChatServer:DoCommand(string cmd)int argc;string argv100;ResoveCommand(cmd, argc, argv);if (argv0 = name)DoCmdName(argc, argv);else if (argv0 = list)DoCmdGetUsers(argc, argv);else if(argv0 = m)DoCmdPrivateMsg(argc, argv);elseSend(【系統(tǒng)消息】命令不存在，請(qǐng)使用 /help 命令查看命令幫助, m_sNowClient);void ChatServer:ResoveCommand(string cmd, int& argc, string argv)int count = 0;for(int i = 1; i second.GetName() + + begin-second.GetIp();msg.append( UID: + IntToString(int)begin-first);msg.append(nr);Send(msg, m_sNowClient);void ChatServer:DoCmdName(int argc, string argv)if (argc != 2)Send(【系統(tǒng)消息】命令格式錯(cuò)誤 USAGE: /name 你的昵稱, m_sNowClient);return;string name = argv1;m_clientsm_sNowClient.SetName(name);Send(【系統(tǒng)消息】昵稱已修改為: + name, m_sNowClient);void ChatServer:DoMessage(string str)string msg = BuildMessage(str, true);cout msg endl;DispatchMessage(msg);/*string ChatServer:BuildMssage(string str)ClientInfo info = m_clientsm_sNowClient;string name = info.GetName();string ip = info.GetIp();string msg = name;if (name != ip)msg.append( + ip + );char buff10;string id(itoa(int)m_sNowClient, buff, 10);msg.append( UID: + id);msg.append( 說(shuō)：);msg.append(nr );msg.append(str);return msg;*/string ChatServer:BuildSystemMsg(string str)string msg(【系統(tǒng)消息】);msg.append(str);return msg;string ChatServer:BuildMessage(string str, bool bIsPublic)ClientInfo info = m_clientsm_sNowClient;string name = info.GetName();string ip = info.GetIp();string uid = IntToString(int)m_sNowClient);string msg(name);if (ip != name & bIsPublic = true)msg.append( + ip + );msg.append( );msg.append(UID: + uid);msg.append( );bIsPublic ? msg.append(說(shuō)：) : msg.append(悄悄地對(duì)你說(shuō)：);msg.append(nr);msg.append( );msg.append(str);return msg;void ChatServer:DoCmdPrivateMsg(int argc, string argv)if (argc first = m_sNowClient)Send(【系統(tǒng)消息】您不能和自己私聊, m_sNowClient);return;string name = it-second.GetName();string uid = IntToString(s);string toDest = BuildMessage(, false);string toSrc = string(你悄悄地對(duì) + name + UID: + uid + 說(shuō):nr );string other;for (int i = 2; i first);bool ChatServer:IsCommand(string str)if (str.at(0) = /)return true;elsereturn false;void ChatServer:CloseConnect()cout System Info來(lái)自 m_clientsm_sNowClient.GetIp() 的連接已斷開(kāi) endl;closesocket(m_sNowClient);FD_CLR(m_sNowClient,&m_fdSocket);void ChatServer:InitFDSocket()FD_ZERO(&m_fdSocket);FD_SET(m_sListen, &m_fdSocket);void ChatServer:InitListenSocket()m_sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (m_sListen = INVALID_SOCKET)throw SockException(System Error創(chuàng)建套接字失敗:);void ChatServer:Bind()sockaddr_in sin;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;sin.sin_port = htons(m_nPort);if (bind(m_sListen, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin) )= SOCKET_ERROR)throw SockException(System Error無(wú)法綁定端口);elsecout System Info成功綁定端口: m_nPort endl;void ChatServer:Listen()if (listen(m_sListen, 10) = SOCKET_ERROR)throw SockException(System Error服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)端口失敗);elsecout System Info服務(wù)器在 m_nPort 端口開(kāi)始監(jiān)聽(tīng) endl;u_long value = 1;if (ioctlsocket(m_sListen, FIONBIO, &value)throw SockException(System Error設(shè)置服務(wù)器為非阻塞模式失敗);int ChatServer:Select()int nRet = select(0, &m_fdRead, NULL, NULL, NULL);if (nRet = SOCKET_ERROR)throw SockException(System Error調(diào)用SELECT原語(yǔ)失敗);elsereturn nRet;SOCKET ChatServer:Accept(sockaddr_in& sin)int nLen = sizeof(sin);SOCKET sNew = accept(m_sListen, (sockaddr*)&sin, &nLen);if (sNew = INVALID_SOCKET)throw SockException(System Error調(diào)用ACCEPT原語(yǔ)接受連接失敗);return sNew;int ChatServer:Recv(char msgBuff)int nRet = recv(m_sNowClient, msgBuff, MAX_BUFF_SIZE, 0);if (nRet = SOCKET_ERROR)CloseConnect();return 0;elsemsgBuffnRet = 0;return nRet;void ChatServer:Send(string msg, SOCKET client)if (send(client, msg.c_str(), msg.size(), 0) = SOCKET_ERROR)string errorIp = m_clientsclient.GetIp();throw SockException(System Error發(fā)送信息 + msg + 至 + errorIp + 失敗);string ChatServer:IntToString(int nNum)char buff10;string str(itoa(nNum, buff, 10);return str;ChatServer:ChatServer(void)ClientInfo.h 客戶信息類#include using namespace std;class ClientInfopublic:ClientInfo()ClientInfo(string ip, int port, string name)this-ip = ip;this-port = port;this-name = name;ClientInfo(sockaddr_in sin)ip = inet_ntoa(sin.sin_addr);/port = ntohs(sin.sin_port);name = ip;/name.append(:);/char szFormat20; /name.append(ltoa( ntohs(sin.sin_port),szFormat,10);string GetIp()return ip;string GetName()return name;int GetPort()return port;void SetName(string name)this-name = name;private:string name;string ip;int port;Charclientd.cpp 客戶端main函數(shù)#include SockException.h#include InitSock.h#include #include ChatClient.husing namespace std;InitSock initSock;int main(int argc, char* argv)tryif (argc 3)cout Usage: argv0 Ip Port endl;return 1;ChatClient client(argv1,atoi(argv2);client.Start();catch (SockException& e)cout e.GetErrorInfo() endl;cout System ErrorError Code: e.GetErrorCode() endl;ChatClient.h 客戶端頭文件#ifndef CHAT_CLIENT_H#define CHAT_CLIENT_H#include #include using namespace std;class ChatClientpublic:ChatClient(string addr, int nPort);ChatClient(void);void Start();void End();SOCKET GetClientSock();private:void Connect();int Recv();void Send(string msg);int Select();void InitClientSocket();string IPAddrToString(sockaddr_in sin);void Welcome();void SendMsg();void InitName();bool IsCommand(string str);void DoMessage(string msg);void DoCommand(string cmd);void ResoveCommand(string cmd, int& argc, string argv);string GetLine();private:string m_name;SOCKET m_sClient;SOCKET m_sServer;sockaddr_in m_serverAddr;#endif CHAT_CLIENT_HChatClient.cpp 客戶端類#include #include #include #include #include ChatClient.h#include SockException.h#pragma comment(lib, ws2_32.lib)#define MAX_BUFF_SIZE 500using namespace std;void RecvMsgThread(void * param);ChatClient:ChatClient(string addr, int nPort)m_serverAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(addr.c_str();m_serverAddr.sin_port = htons(nPort);m_serverAddr.sin_family = AF_INET;ChatClient:ChatClient(void)void ChatClient:Start()InitClientSocket();Connect();Welcome();Sleep(1000);InitName();_beginthread(RecvMsgThread,NULL,(void*)this); while (true)SendMsg();void ChatClient:Welcome()co