Linux：基于TCP Socket的客户端-服务器实现的远程命令行项目

本文将基于一个完整的项目代码，系统讲解如何使用 C++ 实现一个 TCP 客户端与服务器，并重点说明实现过程中所涉及的核心知识点

一、项目整体结构

本项目采用典型的 客户端 - 服务器模型：

客户端：负责连接服务器、发送请求、接收响应
服务器：负责监听连接、处理请求、返回结果

核心模块包括：

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InetAddr      ------ 网络地址封装
TcpServer     ------ TCP服务器框架
Command       ------ 业务处理逻辑
Client        ------ 客户端程序

二、TCP 编程基础知识

在实现之前，需要掌握以下基础知识：

1. Socket 编程模型

TCP 通信基于 socket，基本流程如下：

服务端流程

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socket → bind → listen → accept → read/write

客户端流程

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socket → connect → read/write

2. 网络字节序

网络传输统一使用 大端字节序，因此需要：

htons：主机序 → 网络序（端口）
ntohs：网络序 → 主机序
inet_pton：字符串 IP → 二进制
inet_ntop：二进制 → 字符串 IP

3. sockaddr 结构

TCP 使用：

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struct sockaddr_in

但接口统一使用：

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struct sockaddr*

因此需要进行类型转换。

三、InetAddr：网络地址封装

为了避免重复操作底层结构，本项目封装了 InetAddr 类。

1. 功能

封装 IP + Port
提供网络序与主机序转换
提供接口给 socket 使用

2. 构造方式

（1）从网络结构构造（服务端 accept）

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InetAddr(const sockaddr_in &addr)

作用：

提取 IP
转换端口为主机序

（2）客户端构造

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InetAddr(const std::string& ip, uint16_t port)

作用：

构造用于 connect 的地址结构

（3）服务端构造

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InetAddr(uint16_t port)

特点：

IP 设置为 INADDR_ANY
监听所有网卡

3. 核心接口

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const struct sockaddr* NetAddrPtr();
const size_t NetAddrLen();

👉 用于 socket API 调用

四、客户端实现

客户端逻辑较为简单，核心代码如下：

1. 创建 socket

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int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

SOCK_STREAM 表示 TCP

2. 连接服务器

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connect(sockfd, cilent.NetAddrPtr(), cilent.NetAddrLen());

3. 数据通信

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write(sockfd, line.c_str(), line.size());
read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));

流程：

从标准输入读取数据
发送给服务器
接收服务器返回结果
输出到终端

4. 关闭连接

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close(sockfd);

五、TcpServer：服务器实现

服务器是整个项目的核心。

1. 成员变量

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uint16_t _port;
int _listenSockfd;
bool _isrunning;
func_t _func;

其中：

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using func_t = std::function<std::string(const std::string&, InetAddr&)>;

👉 表示业务处理函数

2. 初始化（Init）

（1）创建 socket

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_listenSockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

（2）绑定端口

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InetAddr local(_port);
bind(_listenSockfd, local.NetAddrPtr(), local.NetAddrLen());

（3）监听

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listen(_listenSockfd, backlog);

3. 获取连接（accept）

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int sockfd = accept(_listenSockfd, CONV(peer), &len);

特点：

阻塞等待客户端连接
返回新的通信 socket

4. 请求处理（Service）

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ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));

处理逻辑：

读取客户端数据
调用业务函数 _func
将结果返回给客户端

std::string result = _func(buffer, cilent);
write(sockfd, result.c_str(), result.size());

5. 并发处理（多线程）

为了支持多个客户端同时访问，使用 pthread：

线程数据封装

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class ThreadData
{
    TcpServer* _tsvr;
    int _sockfd;
    InetAddr _addr;
};

线程入口函数

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static void* Routine(void* args)

流程：

分离线程 pthread_detach
执行 Service
释放资源

创建线程

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pthread_create(&tid, nullptr, Routine, td);

👉 每个客户端一个线程

六、业务解耦（回调机制）

服务器不直接处理业务逻辑，而是通过回调函数：

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std::function<std::string(const std::string&, InetAddr&)>

在 main 中绑定：

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std::bind(&Command::Execute, &cmd, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2)

优点

服务器只负责通信
业务逻辑独立
可扩展性强

七、Command 模块（业务层）

该模块负责处理客户端请求：

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std::string Execute(const std::string& req, InetAddr& client);

功能可以是：

字符串处理
命令执行
数据查询

八、程序运行流程总结

服务端

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启动 → 初始化socket → 监听端口 → accept连接 → 创建线程 → 处理请求

客户端

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启动 → 创建socket → connect服务器 → 输入数据 → 接收响应

九、涉及的核心知识总结

实现本项目需要掌握以下知识：

1. C++ 基础

类与对象
构造函数
STL（string、function）
智能指针（unique_ptr）

2. Linux 系统编程

socket API
文件描述符
read / write
close

3. 网络编程

TCP 协议
三次握手（建立连接）
四次挥手（断开连接）
网络字节序

4. 多线程

pthread
线程创建与分离
并发处理模型

5. 设计思想

封装（InetAddr）
解耦（回调函数）
模块化（TcpServer / Command）

通过这个项目，可以完整理解 TCP 编程从底层 API 到结构设计的全过程。相比只调用接口，这种方式更有助于深入理解网络通信机制，以及服务器程序的基本构建方式

这个实现不仅具备基本通信能力，同时具备良好的扩展性，是进一步学习高性能网络编程的重要基础，接下来我们将学习自定义协议，敬请期待啦