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Day35 TCP实时聊天程序实现（多线程）

news 2025/9/10 18:25:22

day35 TCP实时聊天程序实现（多线程）

程序功能说明

本作业实现了一个基于TCP协议的实时双向聊天程序，包含服务器端（ser.c）和客户端（cli.c）两个程序。核心功能特点：

  • 实时双向通信：双方可同时发送和接收消息
  • 优雅退出机制：输入#quit命令可使双方立即退出
  • 多线程架构：每个连接使用两个独立线程处理收发操作
  • 本地回环测试：默认配置在本机（127.0.0.1）进行通信

注意：客户端代码中存在一个关键问题（INADDR_ANY使用不当），实际运行需修改为具体服务器IP（如127.0.0.1），后文将详细说明

服务器端代码解析（ser.c）

#include <arpa/inet.h>      // 网络字节序转换函数
#include <fcntl.h>          // 文件控制操作
#include <netinet/in.h>     // Internet地址族定义
#include <netinet/ip.h>     // IP协议头定义
#include <pthread.h>        // 多线程支持
#include <stdio.h>          // 标准输入输出
#include <stdlib.h>         // 标准库函数
#include <string.h>         // 字符串操作
#include <sys/socket.h>     // 套接字接口
#include <sys/types.h>      // 基本系统数据类型
#include <time.h>           // 时间函数（本程序未实际使用）
#include <unistd.h>         // POSIX系统调用// 定义sockaddr指针的简写类型
typedef struct sockaddr* SA;// 发送线程：从标准输入读取消息并发送给客户端
void* th1(void* arg)
{int conn = *(int*)arg;  // 获取通信套接字描述符while (1){char buf[512] = {0};  // 消息缓冲区printf("to cli:");    // 提示用户输入fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  // 读取用户输入// 发送消息到客户端int ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if (ret < 0)  // 发送失败处理{break;}// 检测退出命令（注意包含换行符）if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")){exit(0);  // 立即终止进程}}exit(0);  // 线程退出
}// 接收线程：接收客户端消息并打印
void* th2(void* arg)
{int conn = *(int*)arg;  // 获取通信套接字描述符while (1){char buf[512] = {0};  // 消息缓冲区// 从客户端接收数据int ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if(ret <= 0)  // 接收失败或连接关闭{break;}// 检测退出命令（注意无换行符）if (0 == strcmp(buf, "#quit")){exit(0);  // 立即终止进程}// 打印客户端消息printf("from cli:%s", buf);fflush(stdout);  // 确保立即输出}exit(0);  // 线程退出
}int main(int argc, char** argv)
{// 创建监听套接字（IPv4 TCP）int listfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == listfd){perror("scoket error\n");return 1;}// 定义服务器和客户端地址结构struct sockaddr_in ser, cli, other;bzero(&ser, sizeof(ser));   // 清零服务器地址bzero(&cli, sizeof(cli));   // 清零客户端地址bzero(&other, sizeof(other)); // 清零备用地址// 配置服务器地址ser.sin_family = AF_INET;       // IPv4协议ser.sin_port = htons(50000);    // 端口50000（网络字节序）ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定所有本地IP// 绑定地址到套接字int ret = bind(listfd, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret){perror("bind");return 1;}// 开始监听（排队队列长度=3）listen(listfd, 3);socklen_t len = sizeof(cli);// 接受客户端连接int conn = accept(listfd, (SA)&cli, &len);if (-1 == conn){perror("accept");return 1;}// 获取客户端连接信息getpeername(conn, (SA)&other, &len);printf("cli ip:%s port:%d\n", inet_ntoa(other.sin_addr),  // 转换IP为点分十进制ntohs(other.sin_port));     // 转换端口为主机字节序// 创建双向通信线程pthread_t tid1, tid2;pthread_create(&tid1, NULL, th1, &conn);  // 发送线程pthread_create(&tid2, NULL, th2, &conn);  // 接收线程// 等待线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);// 关闭套接字close(listfd);close(conn);return 0;
}

客户端代码解析（cli.c）

#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
// 定义sockaddr指针的简写类型
typedef struct sockaddr* SA;// 发送线程：从标准输入读取消息并发送给服务器
void* th1(void* arg)
{int conn = *(int*)arg;  // 获取通信套接字while (1){char buf[512] = {0};  // 消息缓冲区printf("to ser:");    // 提示输入fgets(buf, sizeof(buf), stdin);  // 读取用户输入// 发送消息到服务器int ret = send(conn, buf, strlen(buf), 0);if (ret < 0)  // 发送失败{break;}// 检测退出命令if (0 == strcmp(buf, "#quit\n")){exit(0);  // 立即终止进程}}exit(0);  // 线程退出
}// 接收线程：接收服务器消息并打印
void* th2(void* arg)
{int conn = *(int*)arg;  // 获取通信套接字while (1){char buf[512] = {0};  // 消息缓冲区// 从服务器接收数据int ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);if (ret <= 0)  // 接收失败{break;}// 检测退出命令if (0 == strcmp(buf, "#quit")){exit(0);  // 立即终止进程}// 打印服务器消息printf("from ser:%s", buf);fflush(stdout);  // 确保立即输出}exit(0);  // 线程退出
}int main(int argc, char** argv)
{// 创建客户端套接字int conn = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == conn){perror("socket");return 1;}// 配置服务器地址struct sockaddr_in ser;bzero(&ser, sizeof(ser));ser.sin_family = AF_INET;       // IPv4协议ser.sin_port = htons(50000);    // 服务器端口ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // ❗关键问题：此处应为服务器IP（如127.0.0.1）// 连接服务器int ret = connect(conn, (SA)&ser, sizeof(ser));if (-1 == ret){perror("connect error\n");return 1;}// 创建双向通信线程pthread_t tid1, tid2;pthread_create(&tid1, NULL, th1, &conn);  // 发送线程pthread_create(&tid2, NULL, th2, &conn);  // 接收线程// 等待线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);close(conn);  // 关闭连接return 0;
}

重要提示：客户端代码中的 ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY 是严重错误。
INADDR_ANY (0.0.0.0) 表示"任意本地地址"，不能用于客户端连接目标。
正确做法：应替换为服务器实际IP，如 inet_addr("127.0.0.1")
若不修改，客户端将尝试连接到 0.0.0.0:50000，导致连接失败

程序执行流程

服务器端启动流程

服务器(ser.c)操作系统创建监听套接字(socket)绑定地址(bind)开始监听(listen)准备就绪等待连接(accept)返回客户端连接创建发送/接收线程接收用户输入并发送接收并显示客户端消息loop[消息交互]服务器(ser.c)操作系统

客户端启动流程

客户端(cli.c)操作系统创建套接字(socket)连接服务器(connect)连接成功创建发送/接收线程接收用户输入并发送接收并显示服务器消息loop[消息交互]客户端(cli.c)操作系统

理想运行结果

服务器端启动

$ gcc ser.c -o ser -lpthread
$ ./ser
cli ip:127.0.0.1 port:50001  # 显示客户端连接信息

客户端启动（需先修正IP问题）

# 先修改cli.c中的INADDR_ANY为inet_addr("127.0.0.1")
$ gcc cli.c -o cli -lpthread
$ ./cli

聊天交互示例

// 服务器终端
cli ip:127.0.0.1 port:50001
to cli:Hello from server!
to cli:#quit// 客户端终端
to ser:Hi server!
from ser:Hello from server!
from ser:#quit

退出机制说明

  1. 服务器发送退出：

    • 服务器输入 #quit → 服务器进程立即终止 → 客户端接收线程检测到 #quit → 客户端进程终止

  2. 客户端发送退出：

    • 客户端输入 #quit → 客户端进程立即终止 → 服务器接收线程检测到 #quit → 服务器进程终止

关键细节：

  • 服务器检测退出命令时使用 strcmp(buf, "#quit\n")（含换行符）
  • 客户端检测退出命令时使用 strcmp(buf, "#quit")（无换行符）
  • 这种差异源于 fgets() 会保留输入末尾的换行符，而 recv() 接收的数据不包含自动换行

核心知识点总结

知识点说明
TCP套接字创建socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) 创建可靠的字节流连接
地址绑定bind() 将套接字绑定到特定IP和端口（服务器必须）
监听与接受连接listen() 设置等待队列长度，accept() 阻塞等待客户端连接
客户端连接connect() 主动发起连接请求（需指定服务器IP和端口）
多线程通信双线程架构：发送线程独立于接收线程，实现全双工通信
消息边界处理通过字符串比较检测退出命令，注意fgets()保留换行符的特性
网络字节序转换htons()/ntohs() 处理端口字节序，inet_ntoa() 转换IP格式
连接信息获取getpeername() 获取对端连接信息（IP和端口）
进程终止机制exit(0) 立即终止进程（简单但非优雅，实际应用应关闭资源后退出）

程序局限性说明：

  1. 退出机制使用 exit(0) 会导致资源未完全释放（如套接字未关闭）
  2. 单客户端设计（服务器只接受一个连接）
  3. 未处理粘包问题（依赖应用层协议）
  4. 客户端地址配置错误需手动修正（实际部署必须修改）

此实现满足作业基础要求，展示了TCP网络编程的核心流程和多线程通信模型，是理解网络应用开发的良好起点。


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