C++网络编程（asio）

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1、Asio概述

​ Asio起源于Boost库，是一款专为网络I/O、定时器、串行端口通信设计的库，提供了同步和异步的编程模型，用以简化网络和低级I/O的操作。asio封装了操作系统一些底层机制如select、socket、poll/epoll等，以实现异步IO模型

Asio异步处理，可以使任务触发时不需要等待，继续往下执行其他任务，直至其它线程将处理完成，并回调通知此线程。

普通的网络编程，通常是指使用传统的系统调用和同步阻塞的方式进行网络通信，可以看看代码：
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其中的accept、recv、listen等函数默认是同步/阻塞的。

下面将使用Boost.Asio库对网络编程进行重写

2、网络编程基本流程

服务器端

1. socket : 创建socket对象
2. bind : 绑定本机ip+port
3. listen : 监听。若监听到信号，建立连接
4. accept : 接受客户端的连接请求，返回一个新的Socket对象用于与客户端通信。原因是现实中服务器对应多个客户端，每个客户端对应相应的socket对象进行收发信息
5. read、write : 收发信息

客户端

1. socket : 创建socket对象
2. connect : 根据服务器ip+port,发送连接请求
3. write、read : 发收信息

## 1、创建终端节点

概念：所谓终端节点就是用来通信的端对端的节点，可以通过ip地址和端口构造，其他节点可以连接这个终端节点做通信.

客户端，我们可以通过对端（服务器端）的ip和端口构造一个endpoint，用这个endpoint和其通信。

int client_end_point() {std::string raw_ip_address = "127.0.0.1";unsigned short port_num = 3333;boost:system::error_code ec; // 错误码// asio提供转换地址asio::ip::address ip_address = asio::ip::address::from_string(raw_ip_address, ec);if (ec.value() != 0) {std::cout << "Failed to parse the IP Address. Error code = " << ec.value() << ". Message is " << ec.message();return ec.value();}// bind（ip+address）asio::ip::tcp::endpoint ep(ip_address, port_num);return 0;
}

此时，ep 对象表示客户端端点，可以用于连接指定的服务器上的 TCP。然而，代码并没有显示实际连接过程或与服务器的任何通信，因此它只是为将来使用而准备端点。

服务端，则只需根据本地地址绑定就可以生成endpoint

int server_end_point()
{unsigned short port_num = 3333;// 服务器将监听主机上的所有可用 IPv6 地址asio::ip::address ip_address = asio::ip::address_v6::any();asio::ip::tcp::endpoint ep(ip_address, port_num);return 0;
}

此时，ep 对象表示一个可以用于监听传入连接请求的 TCP 端点，其 IP 地址为所有可用的 IPv6 地址，而端口号由函数参数 port_num 决定。

2、创建socket

服务器和客户端socket一致，创建socket分为4步，

1. 创建上下文io_context
2. 选择协议
3. 生成socket
4. 打开socket

int create_tcp_socket()
{// 上下文告诉socket，此socket为ioc服务asio::io_context ioc;// IPV4的TCP协议asio::ip::tcp protocol = asio::ip::tcp::v4();asio::ip::tcp::socket socket(ioc);boost::system::error_code ec;socket.open(protocol, ec);if (ec.value() != 0) {std::cout << "Failed to open the socket. Error code = " << ec.value() << ". Message is " << ec.message();}return 0;
}

这段代码演示了如何使用 Boost.Asio 库来创建并打开一个 TCP 套接字

3、创建监听socket

服务端，我们还需要生成一个acceptor的socket，用来监听接收新来自客户端的连接

int create_acceptor_socket()
{asio::io_context ioc;asio::ip::tcp::acceptor a(ioc, asio::ip::tcp::endpoint(asio::ip::tcp::v4(), 3333));return 0;
}

这段代码演示了如何使用 Boost.Asio 库来创建并打开一个监听套接字，用于接受传入的连接请求。监听套接字通常用于服务器端，用于等待客户端的连接。

4、绑定accpet监听套接字

对于accept类型的socket，服务器要将其绑定到指定的断点,所有连接这个端点的连接都可以被接收到。

• 创建端点(ip+端口)。
• 创建监听套接字acceptor。
• 绑定监听套接字acceptor。

int bind_acceptor_socket()
{unsigned short port_num = 3333;asio::ip::tcp::endpoint ep(asio::ip::address_v4::any(), port_num);asio::io_context ioc;asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ioc, ep.protocol());boost::system::error_code ec;acceptor.bind(ep, ec);if (ec.value() != 0) {std::cout<< "Failed to bind the acceptor socket. Error code = "<< ec.value() << ". Message is " << ec.message();}return 0;
}

这段代码展示了如何使用 Boost.Asio 库创建一个绑定到指定 IP 地址和端口的监听套接字，用于等待客户端的连接请求。

5、连接指定的端点

作为客户端可以连接服务器指定的端点进行连接

• 创建端点(ip+端口)。
• 创建通信socket套接字。
• 通信socket套接字连接到指定端点。

int connect_to_end()
{std::string raw_ip_address = "192.168.1.124";unsigned short port_num = 3333;try{asio::ip::tcp::endpoint ep(asio::ip::address::from_string(raw_ip_address), port_num);asio::io_context ioc;asio::ip::tcp::socket socket(ioc, ep.protocol());socket.connect(ep);}catch (system::system_error &e){std::cout << "Error connect! Error code = " << e.code()<< ". Message: " << e.what();return e.code().value();}return 0;
}

这段代码用于在客户端创建套接字并连接到服务器，以便与服务器进行数据交换。

6、服务器接收连接

当有客户端连接时，服务器需要接收连接:

• 创建端点(ip+端口)。
• 创建监听套接字acceptor。
• 绑定监听套接字acceptor。
• 监听队列大小。
• 创建与客户端通信套接字。
• 接收客户端连接。

int accept_int_connection()
{// 缓冲来不及接收的信息const int BACKLOG_SIZE = 30;unsigned short port_num = 3333;asio::ip::tcp::endpoint ep(asio::ip::address_v4::any(), port_num);asio::io_context ioc;try{asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ioc, ep.protocol());acceptor.bind(ep);acceptor.listen(BACKLOG_SIZE);asio::ip::tcp::socket socket(ioc);acceptor.accept(socket);}catch (system::system_error& e){std::cout << "Error accept! Error code = " << e.code()<< ". Message: " << e.what();return e.code().value();}return 0;
}

这段代码用于在服务器端创建接受套接字，绑定端点并开始监听连接请求，然后处理下一个连接请求并与客户端建立连接，以便进行数据交换。

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参考：
恋恋风辰blog
森明帮大于黑虎帮
哔哩哔哩