一、功能介绍
这是基于Linux下命令行设计的一个简单的群聊天程序。
这个例子可以学习、巩固Linux下网络编程相关知识点
- 练习Linux下socket、TCP编程
- 练习Linux下pthread、线程编程
- 练习Linux下多路IO检测、select函数使用
- 练习C语言链表使用
- 练习线程间同步与互斥、互斥锁mutex的使用
群聊程序分为客户端和服务器两个程序
- 服务器端: 运行整个例子要先运行服务器， 服务器主要用于接收客户端的消息，再转发给其他在线的客户端。服务器里采用多线程的形式，每连接上一个客户端就创建一个子线程单独处理；用了一个全局链表存放已经连接上来的客户端，当一个客户端发来消息后，就逐个转发给其他客户端，客户端断开连接下线后，就删除对应的节点；链表添加节点、删除节点采用互斥锁保护。
- 客户端: 客户端相当于一个用户，客户端代码可以同时运行多个，连接到服务器之后，互相发送消息进行聊天。发送的消息采用一个结构体封装，里面包含了 用户名、状态、消息本身。
功能总结: 支持好友上线提醒、好友下线提醒、当前在线总人数提示、聊天消息文本转发。
二、select函数功能、参数介绍
在linux命令行可以直接man查看select函数的原型、头文件、帮助、例子 相关信息。
select函数可以同时监听多个文件描述符的状态，在socket编程里，可以用来监听客户端或者服务器有没有发来消息。
Linux下监听文件描述符状态的函数有3个：select、poll、epoll，这3个函数都可以用在socket网络编程里监听客户端、服务器的状态。 这篇文章的例子里使用的是select，后面文章会继续介绍poll、epoll函数的使用例子。
select函数原型、参数介绍
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
函数功能: 监听指定数量的文件描述符的状态。
函数参数:
int nfds : 监听最大的文件描述符+1的值
fd_set *readfds :监听读事件的文件描述符集合,不想监听读事件这里可以填NULL
fd_set *writefds :监听写事件的文件描述符集合,不想监听事件这里可以填NULL
fd_set *exceptfds :监听其他事件的文件描述符集合,不想监听事件这里可以填NULL
struct timeval *timeout : 指定等待的时间。 如果填NULL表示永久等待，直到任意一个文件描述符产生事件再返回。
如果填正常时间，如果在等待的时间内没有事件产生，也会返回。
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
返回值: 表示产生事件文件描述符数量。 ==0表示没有事件产生。 >0表示事件数量 <0表示错误。
void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除某个集合里的指定文件描述符
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断指定集合里的指定文件描述符是否产生了某个事件。 为真就表示产生了事件
void FD_SET(int fd, fd_set *set); //将指定的文件描述符添加到指定的集合
void FD_ZERO(fd_set *set); //清空整个集合。
三、聊天程序代码
3.1 client.c 客户端代码
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
//消息结构体
struct MSG_DATA
{
char type; //消息类型. 0表示有聊天的消息数据 1表示好友上线 2表示好友下线
char name[50]; //好友名称
int number; //在线人数的数量
unsigned char buff[100]; //发送的聊天数据消息
};
struct MSG_DATA msg_data;
//文件接收端
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=4)
{
printf("./app <IP地址> <端口号> <名称>\n");
return 0;
}
int sockfd;
//忽略 SIGPIPE 信号--方式服务器向无效的套接字写数据导致进程退出
signal(SIGPIPE,SIG_IGN);
/*1. 创建socket套接字*/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
/*2. 连接服务器*/
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(atoi(argv[2])); // 端口号0~65535
addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); //IP地址
if(connect(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))!=0)
{
printf("客户端:服务器连接失败.\n");
return 0;
}
/*3. 发送消息表示上线*/
msg_data.type=1;
strcpy(msg_data.name,argv[3]);
write(sockfd,&msg_data,sizeof(struct MSG_DATA));
int cnt;
fd_set readfds;
while(1)
{
FD_ZERO(&readfds); //清空集合
FD_SET(sockfd,&readfds); //添加要监听的文件描述符---可以多次调用
FD_SET(0,&readfds); //添加要监听的文件描述符---可以多次调用
// 0表示读 1写 2错误
//监听读事件
cnt=select(sockfd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);
if(cnt)
{
if(FD_ISSET(sockfd,&readfds)) //判断收到服务器的消息
{
cnt=read(sockfd,&msg_data,sizeof(struct MSG_DATA));
if(cnt<=0) //判断服务器是否断开了连接
{
printf("服务器已经退出.\n");
break;
}
else if(cnt>0)
{
if(msg_data.type==0)
{
printf("%s:%s 在线人数:%d\n",msg_data.name,msg_data.buff,msg_data.number);
}
else if(msg_data.type==1)
{
printf("%s 好友上线. 在线人数:%d\n",msg_data.name,msg_data.number);
}
else if(msg_data.type==2)
{
printf("%s 好友下线. 在线人数:%d\n",msg_data.name,msg_data.number);
}
}
}
if(FD_ISSET(0,&readfds)) //判断键盘上有输入
{
gets(msg_data.buff); //读取键盘上的消息
msg_data.type=0; //表示正常消息
strcpy(msg_data.name,argv[3]); //名称
write(sockfd,&msg_data,sizeof(struct MSG_DATA));
}
}
}
close(sockfd);
return 0;
}
3.2 select.c 服务器端代码
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
pthread_mutex_t mutex; //定义互斥锁
int sockfd;
//消息结构体
struct MSG_DATA
{
char type; //消息类型. 0表示有聊天的消息数据 1表示好友上线 2表示好友下线
char name[50]; //好友名称
int number; //在线人数的数量
unsigned char buff[100]; //发送的聊天数据消息
};
//存放当前服务器连接的客户端套接字
struct CLIENT_FD
{
int fd;
struct CLIENT_FD *next;
};
//定义链表头
struct CLIENT_FD *list_head=NULL;
struct CLIENT_FD *List_CreateHead(struct CLIENT_FD *list_head);
void List_AddNode(struct CLIENT_FD *list_head,int fd);
void List_DelNode(struct CLIENT_FD *list_head,int fd);
int List_GetNodeCnt(struct CLIENT_FD *list_head);
void Server_SendMsgData(struct CLIENT_FD *list_head,struct MSG_DATA *msg_data,int client_fd);
/*
线程工作函数
*/
void *thread_work_func(void *argv)
{
int client_fd=*(int*)argv;
free(argv);
struct MSG_DATA msg_data;
//1. 将新的客户端套接字添加到链表中
List_AddNode(list_head,client_fd);
//2. 接收客户端信息
fd_set readfds;
int cnt;
while(1)
{
FD_ZERO(&readfds); //清空整个集合。
FD_SET(client_fd,&readfds); //添加要监听的描述符
cnt=select(client_fd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);
if(cnt>0)
{
//读取客户端发送的消息
cnt=read(client_fd,&msg_data,sizeof(struct MSG_DATA));
if(cnt<=0) //表示当前客户端断开了连接
{
List_DelNode(list_head,client_fd); //删除节点
msg_data.type=2;
}
//转发消息给其他好友
msg_data.number=List_GetNodeCnt(list_head); //当前在线好友人数
Server_SendMsgData(list_head,&msg_data,client_fd);
if(msg_data.type==2)break;
}
}
close(client_fd);
}
/*
信号工作函数
*/
void signal_work_func(int sig)
{
//销毁互斥锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
close(sockfd);
exit(0); //结束进程
}
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=2)
{
printf("./app <端口号>\n");
return 0;
}
//初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
signal(SIGPIPE,SIG_IGN); //忽略 SIGPIPE 信号--防止服务器异常退出
signal(SIGINT,signal_work_func);
//创建链表头
list_head=List_CreateHead(list_head);
/*1. 创建socket套接字*/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//设置端口号的复用功能
int on = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
/*2. 绑定端口号与IP地址*/
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); // 端口号0~65535
addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //inet_addr("0.0.0.0"); //IP地址
if(bind(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr))!=0)
{
printf("服务器:端口号绑定失败.\n");
}
/*3. 设置监听的数量*/
listen(sockfd,20);
/*4. 等待客户端连接*/
int *client_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addrlen;
pthread_t thread_id;
while(1)
{
addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
client_fd=malloc(sizeof(int));
*client_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
if(*client_fd<0)
{
printf("客户端连接失败.\n");
return 0;
}
printf("连接的客户端IP地址:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
printf("连接的客户端端口号:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port));
/*创建线程*/
if(pthread_create(&thread_id,NULL,thread_work_func,client_fd))
{
printf("线程创建失败.\n");
break;
}
/*设置线程的分离属性*/
pthread_detach(thread_id);
}
//退出进程
signal_work_func(0);
return 0;
}
/*
函数功能: 创建链表头
*/
struct CLIENT_FD *List_CreateHead(struct CLIENT_FD *list_head)
{
if(list_head==NULL)
{
list_head=malloc(sizeof(struct CLIENT_FD));
list_head->next=NULL;
}
return list_head;
}
/*
函数功能: 添加节点
*/
void List_AddNode(struct CLIENT_FD *list_head,int fd)
{
struct CLIENT_FD *p=list_head;
struct CLIENT_FD *new_p;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(p->next!=NULL)
{
p=p->next;
}
new_p=malloc(sizeof(struct CLIENT_FD));
new_p->next=NULL;
new_p->fd=fd;
p->next=new_p;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
/*
函数功能: 删除节点
*/
void List_DelNode(struct CLIENT_FD *list_head,int fd)
{
struct CLIENT_FD *p=list_head;
struct CLIENT_FD *tmp;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(p->next!=NULL)
{
tmp=p;
p=p->next;
if(p->fd==fd) //找到了要删除的节点
{
tmp->next=p->next;
free(p);
break;
}
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
/*
函数功能: 获取当前链表中有多少个节点
*/
int List_GetNodeCnt(struct CLIENT_FD *list_head)
{
int cnt=0;
struct CLIENT_FD *p=list_head;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(p->next!=NULL)
{
p=p->next;
cnt++;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return cnt;
}
/*
函数功能: 转发消息
*/
void Server_SendMsgData(struct CLIENT_FD *list_head,struct MSG_DATA *msg_data,int client_fd)
{
struct CLIENT_FD *p=list_head;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(p->next!=NULL)
{
p=p->next;
if(p->fd!=client_fd)
{
write(p->fd,msg_data,sizeof(struct MSG_DATA));
}
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
