boost------asio库的使用2(Boost程序库完全开发指南)读书笔记

网络通信

asio库支持TCP、UDP、ICMP通信协议，它在名字空间boost::asio::ip里提供了大量的网络通信方面的函数和类，很好地封装了原始的Berkeley Socket Api，展现给asio用户一个方便易用且健壮的网络通信库。

ip::tcp类是asio网络通信(TCP)部分主要的类，但它本身并没有太多的功能，而是定义了数个用于TCP通信的typedef类型，用来协作完成网络通信。这些typedef包括端点类endpoint、套接字类socket、流类iostream，以及接收器acceptor、解析器resolver等等。从某种程度上来看，ip::tcp类更像是一个名字空间。

1、IP地址和端点

IP地址独立于TCP、UDP等通信协议，asio库使用类ip::address来表示IP地址，可以同时支持ipv4和ipv6两种地址。

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::ip::address addr;			// 声明一个ip地址对象
	addr = addr.from_string("127.0.0.1");	// 从字符串产生IP地址
	assert(addr.is_v4());					// ipv4的地址
	cout << addr.to_string() << endl;

	addr = addr.from_string("2000:0000:0000:0000:0001:2345:6789:abcd");
	assert(addr.is_v6());
	cout << addr.to_string() << endl;

	return 0;
}

有了IP地址，再加上通信用的端口号就构成了一个socket端点，在asio库中用ip::tcp::endpoint类来表示。它的主要用法就是通过构造函数创建一个可用于socket通信的端点对象，端点的地址和端口号可以用address()和port()获得：

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::ip::address addr;			// 声明一个ip地址对象
	addr = addr.from_string("127.0.0.1");	// 从字符串产生IP地址

	boost::asio::ip::tcp::endpoint ep(addr, 6688);

	assert(ep.address() == addr);
	assert(ep.port() == 6688);

	return 0;
}

2、同步socket处理

ip::tcp的内部类型socket、acceptor和resolver是asio库TCP通信中最核心的一组类，它们封装了socket的连接、断开和数据收发功能，使用它们可以很容易地编写出socket程序。

socket类是TCP通信的基本类，调用成员函数connect()可以连接到一个指定的通信端点，连接成功后用local_endpoint()和remote_endpoint()获得连接两端的端点信息，用read_some()和write_some()阻塞读写数据，当操作完成后使用close()函数关闭socket。如果不关闭socket，那么在socket对象析构时也会自动调用close()关闭。

acceptor类对应socketAPI的accept()函数功能，它用于服务器端，在指定的端口号接受连接，必须配合socket类才能完成通信。

resolver类对应socketAPI的getaddrinfo()系列函数，用于客户端解析网址获得可用的IP地址，解析得到的IP地址可以使用socket对象连接。

下面是一个使用socket类和acceptor类来实现一对同步通信的服务器和客户端程序：

服务器端(它使用一个acceptor对象在6688端口接受连接，当有连接时使用一个socket对象发送一个字符串)：

server.cpp：

// server.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	try
	{
		cout << "server start" << endl;
		boost::asio::io_service ios;

		boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ios,
			boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 6688));

		cout << acceptor.local_endpoint().address() << endl;

		while (true)
		{
			boost::asio::ip::tcp::socket sock(ios);
			acceptor.accept(sock);

			cout << "client : ";
			cout << sock.remote_endpoint().address() << endl;

			sock.write_some(boost::asio::buffer("hello asio"));
		}
	}

	catch (std::exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

	return 0;
}

服务器端程序里要注意的是自由函数buffer()，他可以包装很多种类的容器成为asio组件可用的缓冲区类型。通常不能直接把数组、vercor等容器用作asio的读写参数，必须使用buffer()函数包装

client：

// client.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;
#include "vector"

class AsynTimer
{
public:
	template<typename F>								// 模板类型，可以接受任意可调用物
	AsynTimer(boost::asio::io_service& ios, int x, F func)
		:f(func), count_max(x), count(0),				// 初始化回调函数和计数器
		t(ios, boost::posix_time::millisec(500))		// 启动计时器
	{
		t.async_wait(boost::bind(&AsynTimer::CallBack,  // 异步等待计时器
			this, boost::asio::placeholders::error));	// 注册回调函数
	}

	void CallBack(const boost::system::error_code& error)
	{
		if (count >= count_max)	 // 如果计数器达到上限则返回
		{
			return;
		}
		++count;
		f();					 // 调用function对象

		// 设置定时器的终止时间为0.5秒之后
		t.expires_at(t.expires_at() + boost::posix_time::microsec(500));
		// 再次启动定时器，异步等待
		t.async_wait(boost::bind(&AsynTimer::CallBack, this, boost::asio::placeholders::error));
	}

private:
	int count;
	int count_max;
	boost::function<void()> f;		// function对象，持有无参无返回值的可调用物
	boost::asio::deadline_timer t;	// asio定时器对象
};

void client(boost::asio::io_service& ios)
{
	try
	{
		cout << "client start." << endl;

		boost::asio::ip::tcp::socket sock(ios);
		boost::asio::ip::tcp::endpoint ep(boost::asio::ip::address::from_string("127.0.0.1"), 6688);

		sock.connect(ep);

		vector<char> str(100, 0);
		sock.read_some(boost::asio::buffer(str));

		cout << "recive from" << sock.remote_endpoint().address();
		cout << &str[0] << endl;

	}
	catch (std::exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::io_service ios;
	AsynTimer at(ios, 50000, boost::bind(client, boost::ref(ios)));
	ios.run();

	return 0;
}

3、异步socket处理

我们把刚才的同步socket程序改为异步调用方式。异步程序的处理流程与同步程序基本相同，只需要把原有的同步调用函数都换成前缀是async_的异步调用函数，并增加回调函数，在回调函数中再启动一个异步调用

服务器端：

// server.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;

class Server
{
private:
	boost::asio::io_service& ios;
	boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor;
	typedef boost::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> sock_pt;

public:
	Server(boost::asio::io_service& io) : ios(io),
		acceptor(ios, boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 6688))
	{
		Start();
	}
	~Server()
	{

	}

	void Start()
	{
		sock_pt sock(new boost::asio::ip::tcp::socket(ios));	// 智能指针

		// 异步侦听服务
		acceptor.async_accept(*sock, boost::bind(&Server::acceptor_handle,
												 this, boost::asio::placeholders::error, sock));
	}

	void acceptor_handle(const boost::system::error_code& error, sock_pt sock)
	{
		if (error)
		{
			return;
		}
 		cout << "client : ";

		// 输出连接的客户端信息
 		cout << sock->remote_endpoint().address() << endl;

		//
 		sock->async_write_some( boost::asio::buffer("hello asio"),
 								boost::bind(&Server::write_handle,
 								this, boost::asio::placeholders::error));

		Start(); // 再次启动异步接受连接
	}

	void write_handle(const boost::system::error_code& error)
	{
		cout << "send message is complate" << endl;
	}

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	try
	{
		cout << "server start." << endl;

		boost::asio::io_service ios;

		Server serv(ios);

		ios.run();
	}
	catch (std::exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

	return 0;
}

首先检查asio传递的error_code，保证没有错误发生。然后调用socket对象的async_write_some()异步发送数据。同样，我们必须再为这个异步调用编写回调函数write_handler()。当发送完数据后不要忘记调用Start()再次启动服务器接受链接，否则当完成数据发送后io_service将因为没有时间处理而结束运行。

发送数据的回调函数write_handler()很简单，因为不需要做更多的工作，可以直接实现一个空函数，在这里简单地输出一条信息，表示异步发送数据完成

客户端：

// client.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;
#include "vector"

class Client
{
private:
	boost::asio::io_service& ios;
	boost::asio::ip::tcp::endpoint ep;	// tcp端点
	typedef boost::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> sock_pt;

public:
	Client(boost::asio::io_service& io) : ios(io),
		ep(boost::asio::ip::address::from_string("127.0.0.1"), 6688)
	{
		Start(); // 启动异步连接
	}

	~Client()
	{

	}

	void Start()
	{
		sock_pt sock(new boost::asio::ip::tcp::socket(ios));
		sock->async_connect(ep, boost::bind(&Client::conn_handle, this,
											boost::asio::placeholders::error, sock));
	}

	void conn_handle(const boost::system::error_code& error, sock_pt sock)
	{
		if (error)
		{
			return;
		}
		cout << "recive from : " << sock->remote_endpoint().address();

		// 建立接收数据的缓冲区
		boost::shared_ptr<vector<char> > str(new vector<char>(100, 0));

		// 异步读取数据
		sock->async_read_some(boost::asio::buffer(*str), boost::bind(&Client::read_handle,
																	this,
																	boost::asio::placeholders::error,
																	str));
		Start(); // 再次启动异步连接
	}

	void read_handle(const boost::system::error_code& error,
					 boost::shared_ptr<vector<char> > str)
	{
		if (error)
		{
			return;
		}
		cout << &(*str)[0] << endl;
	}
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	try
	{
		cout << "client start." << endl;
		boost::asio::io_service ios;

		Client client(ios);

		ios.run();
	}
	catch (std::exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

	return 0;
}

4、查询网络地址

之前关于tcp通信的所有论述都是使用直接的ip地址，但在实际生活中大多数时候，都不大可能知道socket链接另一端的地址，而只有一个域名，这时候我们就需要使用resolver类来通过域名获得可用的ip，它可以实现与ip版本无关的网址解析

resolver使用内部类query和iterator共同完成查询ip地址的工作：首先使用网址和服务名创建query对象，然后由resolve()函数生成iterator对象，它代表了查询到的ip端点。之后就可以使用socket对象尝试连接，知道找到一个可用的为止。

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "boost/lexical_cast.hpp"
#include "boost/asio/error.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;

void resolv_connect(boost::asio::ip::tcp::socket& sock, const char* name, int port)
{
	boost::asio::ip::tcp::resolver rlv(sock.get_io_service());
	boost::asio::ip::tcp::resolver::query qry(name, boost::lexical_cast<string>(port));

	boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator iter = rlv.resolve(qry);
	boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator end;

	boost::system::error_code ec = boost::asio::error::host_not_found;
	for (; ec && iter != end; ++iter)
	{
		sock.close();
		sock.connect(*iter, ec);
	}

	if (ec)
	{
		cout << "can't connect." << endl;
		throw boost::system::error_code(ec);
	}

	cout << "connet suceessd." << endl;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	try
	{
		boost::asio::io_service ios;
		boost::asio::ip::tcp::socket sock(ios);

		resolv_connect(sock, "www.boost.org", 80);

		ios.run();
	}
	catch (std::exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}

	return 0;
}

resolv_connect()函数中使用lexical_cast，这是因为query对象只接受字符串参数，所以我们需要把端口号由整数转换为字符串。

当开始resolver的迭代时，需要使用error_code和逾尾迭代器两个条件来控制循环，因为有可能迭代完所有解析到的端点都无法连接，只有当error_code为0才表示连接成功。

有了resolv_connect()函数，就可以不受具体ip地址值的限制，以更直观更灵活的域名来连接服务器。