c++处理tcp粘包问题以及substr方法

1.粘包原因

在TCP通信中，粘包是指发送方在发送数据时，多个小的数据包被合并成一个大的数据包，或者接收方在接收数据时，一个大的数据包被拆分成多个小的数据包。这种情况可能会导致接收方无法正确解析数据，从而造成数据处理错误。

2.tcp基础

TCP是一种面向连接的协议，它提供可靠的、有序的、基于字节流的数据传输。TCP建立连接的过程包括“三次握手”，即客户端发送连接请求，服务器回应确认，最后客户端再次回应确认。连接建立后，TCP通过使用滑动窗口、序列号和确认机制来保证数据的顺序和完整性。TCP还支持流量控制和拥塞控制机制，以保证网络的可靠性和稳定性。因此，TCP适用于需要可靠传输的应用，如网页浏览、文件传输、电子邮件等。

三次握手

1.第一次握手：客户端发送连接请求报文段(SYN)到服务器，进入SYN_SENT状态。
2.第二次握手：服务器收到请求后，回复一个确认报文段(SYN+ACK)以及自己的连接请求报文段(SYN)，进入SYN_RCVD状态。
3.第三次握手：客户端收到确认后，再发送一个确认报文段(ACK)，双方进入Established状态，连接建立。
三次握手的主要目的是双方确认彼此的发送和接收能力正常，并且同步初始序列号。

四次挥手

1.第一次挥手：发起关闭的一方发送一个FIN报文段给对方，进入FIN_WAIT_1状态。
2.第二次挥手：对方收到FIN后，回复一个确认报文段(ACK)，进入CLOSE_WAIT状态。
3.第三次挥手：当对方不再需要发送数据时，会发送一个FIN报文段给发起关闭的一方，进入LAST_ACK状态。
4.第四次挥手：发起关闭的一方收到对方的FIN后，发送一个确认报文段(ACK)，进入TIME_WAIT状态。等待2MSL时间后，进入CLOSED状态。
四次挥手的主要目的是确保双方都能够完成未发送完的数据的传输，并且结束连接。

长连接和和短连接

• 长连接：指在一个TCP连接中可以传输多个数据包，在处理完一个请求后不会立即断开连接，而是保持连接状态，等待后续的请求。长连接可以减少连接建立和断开的开销，适用于频繁的数据交换场景，如网页浏览、移动App等。
• 短连接：指每次请求都要建立一个新的TCP连接，在请求处理完毕后立即断开连接。短连接适用于一次性传输少量数据的场景，如DNS查询、文件下载等。
  选择长连接还是短连接取决于具体的应用场景和性能要求。

3.解决方式

解决TCP粘包问题有多种方法，下面介绍两种常用的方式：

1.定长消息：

发送方在发送数据时，将每个数据包的长度固定为一个固定值。接收方在接收数据时，根据固定的长度对数据进行拆分。这种方式简单直接，但是对于不同长度的数据包处理不便。

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
const int MESSAGE_LENGTH = 10;  // 定义消息长度为10
int main() {
// 创建socket
int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (serverSocket == -1) {
std::cerr << "Failed to create socket" << std::endl;
return -1;
}
// 设置socket地址
sockaddr_in serverAddress{};
serverAddress.sin_family = AF_INET;
serverAddress.sin_port = htons(8080);
serverAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

// 绑定socket地址
if (bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) == -1) {
    std::cerr << "Failed to bind socket" << std::endl;
    close(serverSocket);
    return -1;
}

// 监听socket
if (listen(serverSocket, SOMAXCONN) == -1) {
    std::cerr << "Failed to listen on socket" << std::endl;
    close(serverSocket);
    return -1;
}

while (true) {
    // 接受新的连接
    sockaddr_in clientAddress{};
    socklen_t clientAddressSize = sizeof(clientAddress);
    int clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddress, &clientAddressSize);
    if (clientSocket == -1) {
        std::cerr << "Failed to accept connection" << std::endl;
        close(serverSocket);
        return -1;
    }

    std::cout << "New connection accepted" << std::endl;

    // 接收数据
    char buffer[MESSAGE_LENGTH];
    std::string receivedData;

    while (true) {
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        ssize_t bytesRead = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);
        if (bytesRead == -1) {
            std::cerr << "Failed to receive data" << std::endl;
            close(clientSocket);
            break;
        }
        if (bytesRead == 0) {
            std::cout << "Connection closed" << std::endl;
            close(clientSocket);
            break;
        }

        receivedData += buffer;

        // 检查是否有完整的消息
        while (receivedData.length() >= MESSAGE_LENGTH) {
            std::string message = receivedData.substr(0, MESSAGE_LENGTH);
            std::cout << "Received message: " << message << std::endl;

            // 处理消息

            // 移除已处理的消息
            receivedData = receivedData.substr(MESSAGE_LENGTH);
        }
    }
}

// 关闭socket
close(serverSocket);

return 0;
}

2.分隔符消息：

发送方在发送数据时，在每个数据包的末尾添加一个特定的分隔符，例如换行符或特殊字符。接收方在接收数据时，根据分隔符将数据包拆分成多个小的数据包。这种方式对于不同长度的数据包处理更加灵活，但需要注意选择合适的分隔符，以避免与数据内容冲突。

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdlib>
#include <cstring>

const char DELIMITER = '\n';

int main() {
    // 创建socket
    int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (serverSocket == -1) {
        std::cerr << "Failed to create socket" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置socket地址
    sockaddr_in serverAddress{};
    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_port = htons(8080);
    serverAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 绑定socket地址
    if (bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) == -1) {
        std::cerr << "Failed to bind socket" << std::endl;
        close(serverSocket);
        return -1;
    }

    // 监听socket
    if (listen(serverSocket, SOMAXCONN) == -1) {
        std::cerr << "Failed to listen on socket" << std::endl;
        close(serverSocket);
        return -1;
    }

    while (true) {
        // 接受新的连接
        sockaddr_in clientAddress{};
        socklen_t clientAddressSize = sizeof(clientAddress);
        int clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddress, &clientAddressSize);
        if (clientSocket == -1) {
            std::cerr << "Failed to accept connection" << std::endl;
            close(serverSocket);
            return -1;
        }

        std::cout << "New connection accepted" << std::endl;

        // 接收数据
        char buffer[1024];
        std::string receivedData;

        while (true) {
            memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
            ssize_t bytesRead = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
            if (bytesRead == -1) {
                std::cerr << "Failed to receive data" << std::endl;
                close(clientSocket);
                break;
            }
            if (bytesRead == 0) {
                std::cout << "Connection closed" << std::endl;
                close(clientSocket);
                break;
            }

            receivedData += buffer;

            // 检查是否有完整的消息
            size_t delimiterPos = receivedData.find(DELIMITER);
            while (delimiterPos != std::string::npos) {
                std::string message = receivedData.substr(0, delimiterPos);
                std::cout << "Received message: " << message << std::endl;

                // 处理消息

                // 移除已处理的消息
                receivedData = receivedData.substr(delimiterPos + 1);

                // 继续查找下一个分隔符
                delimiterPos = receivedData.find(DELIMITER);
            }
        }
    }

    // 关闭socket
    close(serverSocket);

    return 0;
}

4.substr方法

C++ 标准库中的一个字符串处理函数，用于从一个字符串中提取子字符串。
substr 函数的语法如下：

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const;

其中，pos 参数表示要提取的子字符串的起始位置，len 参数表示要提取的子字符串的长度。如果不指定 len 参数，则默认提取从 pos 位置到字符串末尾的所有字符。
substr 函数返回一个新的字符串，包含了从原始字符串中提取的子字符串。
下面是一个简单的示例，演示了如何使用 substr 函数：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str1 = "Hello, World!";

    // 提取从位置 7 开始的子字符串
    std::string substr1 = str1.substr(7);
    std::cout << "Substring 1: " << substr1 << std::endl;

    // 提取从位置 0 开始，长度为 5 的子字符串
    std::string substr2 = str1.substr(0, 5);
    std::cout << "Substring 2: " << substr2 << std::endl;
    std::cout << sizeof(str1) << std::endl;


    //清空定长str1
    str1 = str1.substr(7);
    //清空所有
    //str1.clear();
    //str1 = "";

    std::cout << "str1: " << str1 << std::endl;



    return 0;
}

输出：

Substring 1: World!
Substring 2: Hello
str1:World!