Linux 的 UDP 网络编程 -- 回显服务器，翻译服务器

目录

1. 回显服务器 -- echo server

1.1 相关函数介绍

1.1.1 socket()

1.1.2 bind()

1.1.3 recvfrom()

1.1.4 sendto() 

1.1.5 inet_ntoa()

1.1.6 inet_addr()

1.2 Udp 服务端的封装 -- UdpServer.hpp

1.3 服务端代码 -- UdpServer.cc

1.4 客户端代码 -- UdpClient.cc

1.4.1 Linux版本的客户端

1.4.2 Windows 版本的客户端

1.5 demo 演示

1.6 网络相关命令

2. 翻译服务器 -- Translation server

2.1 Udp 服务端封装 -- UdpServer.hpp

2.2 字典结构体的封装 -- Dict.hpp

2.3 网络地址转主机地址的封装 -- InetAddr.hpp

2.4 Udp 服务端 -- UdpServer.cc

2.5 Udp 客户端 -- UdpClient.cc

---

1. 回显服务器 -- echo server

        使用C++实现一个回显服务器，该代码的作用是客户端向服务端发送消息，然后回显到客户端的显示器上。

        先给出需要使用的互斥锁的封装模块和线程安全的日志模块。

// Mutex.hpp#pragma once 
#include <pthread.h>// 将互斥量接口封装成面向对象的形式
namespace MutexModule
{class Mutex{public:Mutex(){int n = pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);(void)n;}~Mutex(){int n = pthread_mutex_destroy(&_mutex);(void)n;}void Lock(){int n = pthread_mutex_lock(&_mutex);(void)n;}void Unlock(){int n = pthread_mutex_unlock(&_mutex);(void)n;}pthread_mutex_t* Get()  //  获取原生互斥量的指针{return &_mutex;}private:pthread_mutex_t _mutex;};// 采用RAII风格进行锁管理，当局部临界区代码运行完的时候，局部LockGuard类型的对象自动进行释放，调用析构函数释放锁class LockGuard{public:LockGuard(Mutex &mutex): _mutex(mutex){_mutex.Lock();}~LockGuard(){_mutex.Unlock();}private:Mutex& _mutex;};
}

// Log.hpp#ifndef __LOG_HPP__
#define __LOG_HPP__#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <filesystem> //C++17
#include <sstream>
#include <fstream>
#include <ctime>
#include <memory>
#include <unistd.h>
#include "Mutex.hpp"namespace LogModule
{using namespace MutexModule;const std::string gsep = "\r\n";// 策略模式 -- 利用C++的多态特性// 1. 刷新策略 a: 向显示器打印 b: 向文件中写入// 刷新策略基类class LogStrategy{public:virtual ~LogStrategy() = default;virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0;};// 显示器打印日志的策略class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy{public:ConsoleLogStrategy(){}void SyncLog(const std::string &message) override{// 加锁使多线程原子性的访问显示器LockGuard lockGuard(_mutex);std::cout << message << gsep;}~ConsoleLogStrategy(){}private:Mutex _mutex;};// 文件打印日志策略// 默认的日志文件路径和日志文件名const std::string defaultPath = "./log";const std::string defaultFile = "my.log";class FileLogStrategy : public LogStrategy{public:FileLogStrategy(const std::string &path = defaultPath, const std::string &file = defaultFile): _path(path),_file(file){// 加锁使多线程原子性的访问文件LockGuard lockGuard(_mutex);// 判断目录是否存在if (std::filesystem::exists(_path)) // 检测文件系统对象（文件，目录，符号链接等）是否存在{return;}try{// 如果目录不存在，递归创建目录std::filesystem::create_directories(_path);}catch (const std::filesystem::filesystem_error &e) // 如果创建失败则打印异常信息{std::cerr << e.what() << '\n';}}void SyncLog(const std::string &message) override{LockGuard lockGuard(_mutex);// 追加方式向文件中写入std::string fileName = _path + (_path.back() == '/' ? "" : "/") + _file;// std::ofstream是C++标准库中用于输出到文件的流类，主要用于将数据写入文件std::ofstream out(fileName, std::ios::app);if (!out.is_open()){return;}out << message << gsep;out.close();}~FileLogStrategy(){}private:std::string _path; // 日志文件所在路径std::string _file; // 日志文件本身Mutex _mutex;};// 2. 形成完整日志并刷新到指定位置// 2.1 日志等级enum class LogLevel{DEBUG,INFO,WARNING,ERROR,FATAL};// 2.2 枚举类型的日志等级转换为字符串类型std::string Level2Str(LogLevel level){switch (level){case LogLevel::DEBUG:return "DEBUG";case LogLevel::INFO:return "INFO";case LogLevel::WARNING:return "WARNING";case LogLevel::ERROR:return "ERROR";case LogLevel::FATAL:return "FATAL";default:return "UNKNOWN";}}// 2.3 获取当前时间的函数std::string GetCurTime(){// time 函数参数为一个time_t类型的指针，若该指针不为NULL，会把获取到的当前时间值存储在指针指向的对象中// 若传入为NULL，则仅返回当前时间，返回从1970年1月1日0点到目前的秒数time_t cur = time(nullptr);struct tm curTm;// localtime_r是localtime的可重入版本，主要用于将time_t类型表示的时间转换为本地时间，存储在struct tm 结构体中localtime_r(&cur, &curTm);char timeBuffer[128];snprintf(timeBuffer, sizeof(timeBuffer), "%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",curTm.tm_year + 1900,curTm.tm_mon + 1,curTm.tm_mday,curTm.tm_hour,curTm.tm_min,curTm.tm_sec);return timeBuffer;}// 2.4 日志形成并刷新class Logger{public:// 默认刷新到显示器上Logger(){EnableConsoleLogStrategy();}void EnableConsoleLogStrategy(){// std::make_unique用于创建并返回一个std::unique_ptr对象_fflushStrategy = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>();}void EnableFileLogStrategy(){_fflushStrategy = std::make_unique<FileLogStrategy>();}//  内部类默认是外部类的友元类，可以访问外部类的私有成员变量//  内部类LogMessage，表示一条日志信息的类class LogMessage{public:LogMessage(LogLevel &level, std::string &srcName, int lineNum, Logger &logger): _curTime(GetCurTime()),_level(level),_pid(getpid()),_srcName(srcName),_lineNum(lineNum),_logger(logger){// 日志的基本信息合并起来// std::stringstream用于在内存中进行字符串的输入输出操作, 提供一种方便的方式处理字符串// 将不同类型的数据转换为字符串，也可以将字符串解析为不同类型的数据std::stringstream ss;ss << "[" << _curTime << "] "<< "[" << Level2Str(_level) << "] "<< "[" << _pid << "] "<< "[" << _srcName << "] "<< "[" << _lineNum << "] "<< "- ";_logInfo = ss.str();}//  使用模板重载运算符<< -- 支持不同数据类型的输出运算符重载template <typename T>LogMessage &operator<<(const T &info){std::stringstream ss;ss << info;_logInfo += ss.str();return *this;}~LogMessage(){if (_logger._fflushStrategy){_logger._fflushStrategy->SyncLog(_logInfo);}}private:std::string _curTime;   // 日志时间LogLevel _level;    // 日志等级pid_t _pid; // 进程pidstd::string _srcName;   // 输出日志的文件名int _lineNum;   //输出日志的行号std::string _logInfo;   //完整日志内容Logger &_logger;    // 方便使用策略进行刷新};// 使用宏进行替换之后调用的形式如下// logger(level, __FILE__, __LINE__) << "hello world" << 3.14;// 这里使用仿函数的形式，调用LogMessage的构造函数，构造一个匿名的LogMessage对象// 返回的LogMessage对象是一个临时对象，它的生命周期从创建开始到包含它的完整表达式结束(可以简单理解为包含// 这个对象的该行代码)// 代码调用结束的时候，如果没有LogMessage对象进行临时对象的接收，则会调用析构函数,// 如果有LogMessage对象进行临时对象的接收，会调用拷贝构造或者移动构造构造一个对象，并析构临时对象// 所以通过临时变量调用析构函数进行日志的打印LogMessage operator()(LogLevel level, std::string name, int line){return LogMessage(level, name, line, *this);}~Logger(){}private:std::unique_ptr<LogStrategy> _fflushStrategy;};//  定义一个全局的Logger对象Logger logger;// 使用宏定义，简化用户操作并且获取文件名和行号#define LOG(level) logger(level, __FILE__, __LINE__) // 使用仿函数的方式进行调用#define Enable_Console_Log_Strategy() logger.EnableConsoleLogStrategy()#define Enable_File_Log_Strategy() logger.EnableFileLogStrategy()
}#endif

1.1 相关函数介绍

1.1.1 socket()

        在网络编程领域，socket 是一个基础且关键的函数，主要用于创建网络通信的端点，也就是 “套接字”。

原型：int socket(int domain, int type, int protocol);头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>参数：domain（协议族）：此参数用于确定网络通信所使用的协议栈，常见的取值有：AF_INET：代表 IPv4 协
议，AF_INET6：表示 IPv6 协议，AF_UNIX：用于本地通信的 Unix 域套接字。type（套接字类型）：该参数决定了通信的特性，常用的类型有：SOCK_STREAM：提供面向连接的、可靠
的数据流服务，TCP 协议就属于这种类型。SOCK_DGRAM：实现无连接的、不可靠的数据报服务，UDP 协议是其
典型代表。SOCK_RAW：允许直接访问底层协议，可用于自定义协议的开发。protocol（协议）：当套接字类型不能唯一确定使用的协议时，就需要通过这个参数来明确指定。一般情
况下，将其设置为 0 即可，系统会自动选择合适的协议。对于 SOCK_STREAM 类型，系统通常会选择 TCP 协
议。对于 SOCK_DGRAM 类型，系统一般会选择 UDP 协议。返回值：成功，返回一个非负整数，即调节子描述符，类似文件描述符。失败，返回-1，并设置errno来指示具体的错误原因。功能：创建网络通信的套接字

1.1.2 bind()

        在网络编程中，bind() 函数是一个关键的系统调用，主要用于将一个套接字（通过 socket() 函数创建）与特定的网络地址和端口号进行绑定。

原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>参数：sockfd：这是通过 socket() 函数返回的套接字描述符，它标识了要进行绑定操作的套接字。addr：这是一个指向 struct sockaddr 类型的指针，其中包含了要绑定的地址和端口信息。不过，
在实际编程中，通常会使用特定协议的地址结构，比如 struct sockaddr_in（用于 IPv4）或 struct
sockaddr_in6（用于 IPv6），然后再将其强制转换为 struct sockaddr 类型。addrlen：该参数表示 addr 结构的长度，其类型为 socklen_t返回值：成功，返回0.失败，返回-1，并设置 errno 来指示具体的错误原因。功能：用于将一个套接字（通过 socket() 函数创建）与特定的网络地址和端口号进行绑定。

1.1.3 recvfrom()

        在网络编程里，recvfrom 函数主要用于从 UDP 套接字接收数据并获取发送方的套接字信息。

原型：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>参数：sockfd：这是通过 socket() 函数返回的套接字描述符，它标识了要接收数据的套接字。buf：这是一个指向缓冲区的指针，用于存储接收到的数据。len：表示缓冲区 buf 的最大长度，即最多可以接收的字节数。flags：这是一个可选的标志参数，通常设置为 0。常见的标志选项有：MSG_DONTWAIT：将操作设置为非
阻塞模式。MSG_PEEK：查看数据但不将其从接收队列中移除。src_addr：这是一个指向 struct sockaddr 类型的指针，用于存储发送方的地址信息。addrlen：这是一个指向 socklen_t 类型的指针，用于指定 src_addr 结构的长度。函数返回时，该参
数会被更新为实际存储的地址结构长度。返回值：成功，返回实际接收到的字节数。返回0，表示连接已关闭（对于TCP套接字而言）。返回-1，表示调用失败，此时会设置 errno 来指示具体的错误原因。功能：用于从 UDP 套接字接收数据和获取发送方的套接字信息。

1.1.4 sendto() 

        sendto() 是 C 语言网络编程中的一个关键函数，主要用于在无连接的套接字（如 UDP）上发送数据。sendto() 在发送数据时需要指定目标地址，这使得它非常适合 UDP 这种无连接的通信模式。

原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>参数：sockfd：这是通过 socket() 函数创建的套接字描述符，用于标识发送数据的套接字。buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。len：要发送数据的长度（以字节为单位）。flags：可选的标志参数，通常设置为 0。常见的标志选项有：MSG_DONTWAIT：将操作设置为非阻塞模
式。MSG_NOSIGNAL：避免在连接断开时发送 SIGPIPE 信号。dest_addr：指向目标地址的指针，类型为 struct sockaddr。对于 IPv4，通常使用 struct 
sockaddr_in；对于 IPv6，则使用 struct sockaddr_in6。addrlen：目标地址结构的长度，类型为 socklen_t。返回值：成功，返回实际发送的字节数（可能小于请求发送的字节数）。失败，返回-1，并设置 errno 来指示具体的错误原因。功能：主要用于在无连接的套接字（如 UDP）上发送数据。

1.1.5 inet_ntoa()

        inet_ntoa() 是 C 语言网络编程中的一个关键函数，其主要作用是将 32 位二进制 IPv4 地址转换为 点分十进制字符串（如 192.168.1.1）。

原型：char *inet_ntoa(struct in_addr in);头文件：#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>参数：in：struct in_addr 类型的结构体，该结构体内部有一个 s_addr 成员，用于存储 32 位的 IPv4 地址
（以网络字节序表示）。返回值：返回一个指向点分十进制字符串风格的ip地址。功能：将 32 位二进制 IPv4 网络字节序的 ip 地址转换为点分十进制字符串（如 192.168.1.1）

1.1.6 inet_addr()

        inet_addr() 是 C 语言网络编程中的一个基础函数，其主要功能是将点分十进制格式（如 192.168.1.1）的 IPv4 地址转换为 32 位二进制网络字节序整数。

原型：in_addr_t inet_addr(const char *cp);头文件：#include <sys/types.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>参数：cp：指向点分十进制字符串的指针，例如 "127.0.0.1"。返回值：成功，返回 in_addr_t 类型的 32 位整数（网络字节序）。失败，返回 INADDR_NONE（通常为 0xFFFFFFFF），这意味着无法解析输入的字符串。功能：将点分十进制字符串风格的 ip 地址，转换为4字节的网络字节序整数。

1.2 Udp 服务端的封装 -- UdpServer.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>
#include "Log.hpp"using namespace LogModule;
using func_t = std::function<std::string(const std::string&)>;  // 参数为string& 返回值为 string 的函数类型const int defaultfd = -1;class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, func_t func): _sockfd(defaultfd),_port(port),_isrunning(false),_func(func){}void Init(){// 1. 创建套接字_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){// 创建套接字失败LOG(LogLevel::FATAL) << "socket create error!";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO) << "socket create seccess, sockfd: " << _sockfd;    // 创建成功只是打开文件// 2. 绑定 socket 信息，ip 和 端口号// 2.1 填充 sockaddr_in 结构体struct sockaddr_in local;   // 用于网络通信的结构体bzero(&local, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);  // 主机字节序转成网络字节序// 服务端不建议手动bind特定ip// 当一个机器有多张网卡的时候，服务端 ip 绑定INADDR_ANY，就可以接收任意ip中端口号为portlocal.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 2.2 绑定服务器的套接字信息// 为什么服务器端要显式的bind？// 服务器的ip和端口号必须是众所周知且不能轻易改变的.int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success, sockfd: " << _sockfd;}void Start(){_isrunning = true;while(_isrunning)   // 启动服务器之后是死循环{// 1. 创建用于接收消息的缓冲器变量 buffer 以及接收远端主机的套接字变量 peerchar buffer[1024];struct sockaddr_in peer;    // 客户端套接字结构体socklen_t len = sizeof(peer);// 2. 收消息，服务端收取客户端的数据，对数据进行处理// 从 _sockfd 指向的网络文件中收取客户端 peer 发送的 sizeof(buffer) - 1 个字节以及客户端的套接字信息// 第四个参数为0，表示阻塞读ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if (s > 0)  // 收到消息，s表示收到数据的字节数{int peer_port = ntohs(peer.sin_port);   // 将客户端端口号转成主机字节序std::string peer_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr); // 将客户端ip转为字符串风格的ipbuffer[s] = 0;// 服务端显式发送消息的客户端信息LOG(LogLevel::DEBUG) << "[" << peer_ip << ":" << peer_port << "]# " << buffer;// 2. 发消息，将消息进行处理后回发给客户端std::string result = buffer;result = _func(buffer);sendto(_sockfd, result.c_str(), result.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);}}}~UdpServer(){}private:int _sockfd;    // 套接字描述符uint16_t _port; // 端口号bool _isrunning;// 运行标志位func_t _func;   // 服务端处理数据的回调函数
};

1.3 服务端代码 -- UdpServer.cc

#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"std::string defaultHandler(const std::string &message)
{std::string s = "server say@ ";s += message;return s;
}// 通过命令行 ./udpserver port 启动服务器
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;return 1;}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(port, defaultHandler);usvr->Init();usvr->Start();return 0;
}

1.4 客户端代码 -- UdpClient.cc

1.4.1 Linux版本的客户端

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>// 通过命令行 ./udpclient server_ip server_port 启动客户端
int main(int argc, char *argv[])
{// 客户端访问目标服务器需要知道什么// 需要服务器的ip和端口// 怎么知道服务器的ip和端口呢 -- 内置的ipif (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server_ip server_port" << std::endl;return 1;}std::string server_ip = argv[1];uint16_t server_port = std::stoi(argv[2]);// 1. 创建套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){std::cerr << "socket create error" << std::endl;return 2;}// 2. 填充服务端的套接字信息struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;    // AF_INET 或者 PF_INETserver.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());// client不需要显式的bind，首次发送消息，操作系统自动给client进行bind，// 端口号采用随机端口号，一个端口号只能被一个进程bind，为了避免client端口冲突// client端口号是多少不重要，只要是唯一的就行while(true){// 1. 给客户端发消息std::string input;std::cout << "Please Enter# ";if (input.empty()) continue;std::getline(std::cin, input);int n = sendto(sockfd, input.c_str(), input.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));(void)n;// 2. 回显消息char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int m = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if (m > 0){buffer[m] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}return 0;
}

1.4.2 Windows 版本的客户端

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <thread>
#include <string>
#include <cstdlib>
// Windows中需要包含的头文件
#include <WinSock2.h>
#include <Windows.h>#pragma warning(disable : 4996)	// 屏蔽一些 warning 报错#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")	// 引入 ws2_32.lib 库std::string server_ip = "服务器ip地址";	// 服务器ip
uint16_t server_port = 8888;	// 服务器端口号int main()
{WSADATA wsd;WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd);	// 构建 2.2 版本// 1. 创建 udp 套接字SOCKET sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);	// SOCKET == intif (sockfd == SOCKET_ERROR){std::cerr << "socket create error" << std::endl;return 1;}// 2. 填充 sockaddr_in 结构体struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());std::string message;char buffer[1024];while (true){// 3. 发信息给服务端std::cout << "Please Enter# ";std::getline(std::cin, message);if (message.empty()) continue;sendto(sockfd, message.c_str(), sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));// 4. 收消息，并显示到显示器上struct sockaddr_in temp;int len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);if (s > 0){buffer[s] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}closesocket(sockfd);WSACleanup();return 0;
}

         WinSock2.h 是 Windows Sockets API（应用程序接口）的头文件，用于在Windows 平台上进行网络编程。它包含了 Windows Sockets 2（Winsock2）所需的数据类型、函数声明和结构定义，使得开发者能够创建和使用套接字（sockets）进行网络通信。

        在编写使用 Winsock2 的程序时，需要在源文件中包含 WinSock2.h 头文件。这样，编译器就能够识别并理解 Winsock2 中定义的数据类型和函数，从而能够正确地编译和链接网络相关的代码。

        此外，与 WinSock2.h 头文件相对应的是 ws2_32.lib 库文件。在链接阶段，需要将这个库文件链接到程序中，以确保运行时能够找到并调用 Winsock2 API 中实现的函数。

        在 WinSock2.h 中定义了一些重要的数据类型和函数，如：
                WSADATA：保存初始化 Winsock 库时返回的信息。
                SOCKET：表示一个套接字描述符类型，用于在网络中唯一标识一个套接字。
                sockaddr_in：IPv4 地址结构体，用于存储 IP 地址和端口号等信息。
                socket()：创建一个新的套接字。
                bind()：将套接字与本地地址绑定。
                listen()：将套接字设置为监听模式，等待客户端的连接请求。
                accept()：接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字描述符，用于与客户端进行通信。

        WSAStartup 函数是 Windows Sockets API 的初始化函数，它用于初始化Winsock 库。该函数在应用程序或 DLL 调用任何 Windows 套接字函数之前必须首先执行，它扮演着初始化的角色。

        以下是 WSAStartup 函数的一些关键点：

        它接受两个参数：wVersionRequested 和 lpWSAData。wVersionRequested 用于指定所请求的 Winsock 版本，通常使用 MAKEWORD(major, minor)宏，其中major 和 minor 分别表示请求的主版本号和次版本号。lpWSAData 是一个指向 WSADATA 结构的指针，用于接收初始化信息。函数调用成功，它会返回 0；否则，返回错误代码。

        在调用 WSAStartup 函数后，如果应用程序完成了对请求的 Socket 库的使用，应调用 WSACleanup 函数来解除与 Socket 库的绑定并释放所占用的系统资源。

1.5 demo 演示

        （1）本地使用客户端和服务端进行通信。

        服务端因为服务端 ip 进行绑定的时候绑定的是 INADDR_ANY，所以服务端启动的时候仅需要传入端口号。

        客户端启动的时候，可以传入 内网 ip 或者 本地环回 ip：127.0.0.1 和端口号。

         客户端和服务端启动之后即可进行通信，服务端显式客户端的套接字信息以及客户端发送的信息，客户端回显发送的信息：

        （2）跨网络使用客户端和服务端进行通信。

        服务端启动的时候也仅传入端口号。

      客户端启动的时候传入服务端进程的公网 ip 和端口号。Windows 系统下也一样，但是Windows下需要启动 Windows 版本的客户端。

1.6 网络相关命令

        ping [-选项] [网址或ip]

        功能：用于检测主机是否与网络进行了连接。

        常用选项：

                c[次数]，默认情况下 ping 是会一直持续下去的，这个选项表示 ping 的次数。

        上述表示对百度的网站 ping 3 次。 

        netstat [-选项]

        功能：查看网络状态信息。

        常用选项：

                n：拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字。

                l：仅列出有在 Listen（监听）的服务状态。

                p：显示建立相关链接的程序名和pid。

                t：仅显示 tcp 相关服务。

                u：仅显示 udp 相关服务。

                a：显示所有选项，默认是不显示 LISTEN 相关。

        上述命令显示所有与 udp 相关的网络服务。 

        增加 p 选项会显示进程名和进程 pid，这里没有显示是因为 netstat 命令是用普通用户启动的，而这几个服务都是使用超级用户启动的，有权限问题。 

        n 选项可以将能用数字显示的信息用数字显示出来。 

        watch 命令可以周期性的指向命令。 

        watch -n 1 netstat -nuap -- 每个 1 秒执行一次 netstat -nuap 命令。

        pidof [进程名]

        功能：查看进程的 pid。

        xargs [命令]

        功能：将上一个命令传入管道的内容转换成后一个命令的参数。

        通过上述命令快速杀掉启动的 udpserver 进程。 

2. 翻译服务器 -- Translation server

2.1 Udp 服务端封装 -- UdpServer.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"using namespace LogModule;
using func_t = std::function<std::string(const std::string&, InetAddr&)>;  // 参数为string& 返回值为 string 的函数类型const int defaultfd = -1;class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, func_t func): _sockfd(defaultfd),_port(port),_isrunning(false),_func(func){}void Init(){// 1. 创建套接字_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "socket create error!";exit(1);}LOG(LogLevel::INFO) << "socket create seccess, sockfd: " << _sockfd;// 2. 绑定 socket 信息，ip 和 端口号struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 2.2 绑定服务器的套接字信息int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success, sockfd: " << _sockfd;}void Start(){_isrunning = true;while(_isrunning){// 1. 创建用于接收消息的缓冲器变量 buffer 以及接收远端主机的套接字变量 peerchar buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 2. 收消息，服务端收取客户端的数据，对数据进行处理ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if (s > 0){InetAddr client(peer);int peer_port = ntohs(peer.sin_port);std::string peer_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr);buffer[s] = 0;// 2. 发消息，将消息进行处理后回发给客户端std::string result = _func(buffer, client); // 处理数据sendto(_sockfd, result.c_str(), result.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);}}}~UdpServer(){}private:int _sockfd;    // 套接字描述符uint16_t _port; // 端口号bool _isrunning;// 运行标志位func_t _func;   // 服务端处理数据的回调函数
};

2.2 字典结构体的封装 -- Dict.hpp

        字典文件 -- dictionary.txt

apple: 苹果
banana: 香蕉
cat: 猫
dog: 狗
book: 书
pen: 笔
happy: 快乐的
sad: 悲伤的
hello:
: 你好run: 跑
jump: 跳
teacher: 老师
student: 学生
car: 汽车
bus: 公交车
love: 爱
hate: 恨
hello: 你好
goodbye: 再见
summer: 夏天
winter: 冬天

#pragma once#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"const std::string defaultDictPath = "./dictionary.txt";
const std::string sep = ": ";using namespace LogModule;class Dict
{
public:Dict(const std::string &path = defaultDictPath): _dict_path(path){}bool LoadDict(){std::ifstream in(_dict_path);if (!in.is_open()){LOG(LogLevel::DEBUG) << "打开字典：" << _dict_path << " 失败";return false;}// 1. 循环加载字典的每行数据std::string line;while(std::getline(in, line)){auto pos = line.find(sep);// 1.1 排除字典中无效内容if (pos == std::string::npos){LOG(LogLevel::WARNING) << "解析: " << line << " 失败";continue; }// 1.2 将有效内容进行加载std::string english = line.substr(0, pos);std::string chinese = line.substr(pos + sep.size());_dict.insert(std::make_pair(english, chinese));if (english.empty() || chinese.empty()){LOG(LogLevel::WARNING) << line << "没有有效内容";continue;}_dict.insert(std::make_pair(english, chinese));LOG(LogLevel::DEBUG) << "加载: " << line << " 成功";}in.close();return true;}std::string Translate(const std::string &word, InetAddr &client){auto iter = _dict.find(word);if (iter == _dict.end()){LOG(LogLevel::DEBUG) << "进入到了翻译模块，[" << client.Ip() << " : " << client.Port() << "]# " << word << "->None";return "None";}LOG(LogLevel::DEBUG) << "进入到了翻译模块，[" << client.Ip() << " : " << client.Port() << "]# " << word << "->" << iter->second;return iter->second;}~Dict(){}private:std::string _dict_path; // 路径 + 文件名std::unordered_map<std::string, std::string> _dict;
};

2.3 网络地址转主机地址的封装 -- InetAddr.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>class InetAddr
{
public:InetAddr(struct sockaddr_in &addr) : _addr(addr){_port = ntohs(_addr.sin_port);_ip = inet_ntoa(_addr.sin_addr);}uint16_t Port() {return _port;}std::string Ip() {return _ip;}~InetAddr(){}
private:struct sockaddr_in _addr;std::string _ip;uint16_t _port;
};

2.4 Udp 服务端 -- UdpServer.cc

#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"
#include "Dict.hpp"// 回显服务经常用于检测
std::string defaultHandler(const std::string &message)
{std::string s = "server say@ ";s += message;return s;
}// 通过命令行 ./udpserver port 启动服务器
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;return 1;}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();// 1. 字典对象，提供翻译功能Dict dict;dict.LoadDict();// 2. 网络服务器对象，提供通信功能std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(port, [&dict](const std::string &word, InetAddr &client)->std::string{return dict.Translate(word, client);});usvr->Init();usvr->Start();return 0;
}

2.5 Udp 客户端 -- UdpClient.cc

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>// 通过命令行 ./udpclient server_ip server_port 启动客户端
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " server_ip server_port" << std::endl;return 1;}std::string server_ip = argv[1];uint16_t server_port = std::stoi(argv[2]);// 1. 创建套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){std::cerr << "socket create error" << std::endl;return 2;}// 2. 填充服务端的套接字信息struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;    // AF_INET 或者 PF_INETserver.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());// 3. 循环读取客户端消息while(true){// 3.1. 给客户端发单词std::string input;std::cout << "Please Enter# ";std::getline(std::cin, input);if (input.empty()) continue;int n = sendto(sockfd, input.c_str(), input.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));(void)n;// 3.2. 显示翻译后的中文char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int m = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if (m > 0){buffer[m] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}return 0;
}