C++ WebSocket 在线五子棋对战系统全栈实战

MySQL 数据库交互

访问 MySQL 的标准操作流程包括初始化句柄、连接服务器、设置字符集、选择数据库、执行 SQL、处理结果集及释放资源。对于查询操作，需将结果保存到本地并遍历获取。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <mysql/mysql.h>

#define HOST "127.0.0.1"
#define PORT 3306
#define USER "root"
#define PASS "[email protected]"
#define DBNAME "gobang"

int main() {
    MYSQL *mysql = mysql_init(NULL);
    if (mysql == NULL) {
        printf("mysql init failed!\n");
        return -1;
    }

    if (mysql_real_connect(mysql, HOST, USER, PASS, DBNAME, PORT, NULL, 0) == NULL) {
        printf("connect mysql server failed : %s\n", mysql_error(mysql));
        mysql_close(mysql);
        return -1;
    }

    if (mysql_set_character_set(mysql, "utf8") != 0) {
        printf("set client character failed : %s\n", mysql_error(mysql));
        mysql_close(mysql);
        return -1;
    }

    char *sql = "select * from stu;";
    int ret = mysql_query(mysql, sql);
    if (ret != 0) {
        printf("mysql query failed : %s\n", mysql_error(mysql));
        mysql_close(mysql);
        return -1;
    }

    MYSQL_RES *res = mysql_store_result(mysql);
    if (res == NULL) {
        mysql_close(mysql);
        return -1;
    }

    int num_row = mysql_num_rows(res);
    int num_col = mysql_num_fields(res);

    for (int i = 0; i < num_row; i++) {
        MYSQL_ROW row = mysql_fetch_row(res);
        for (int j = 0; j < num_col; j++) {
            printf("%s\t", row[j]);
        }
        printf("\n");
    }

    mysql_free_result(res);
    mysql_close(mysql);
    return 0;
}

核心工具模块封装

为了提高开发效率，我们封装了日志、MySQL、JSON、字符串分割及文件读取等通用工具类。

日志宏实现

利用预处理器定义不同级别的日志宏，支持自动记录文件名和行号。

#ifndef __M_LOGGER_H__
#define __M_LOGGER_H__
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define INF 0
#define DBG 1
#define ERR 2
#define DEFAULT_LOG_LEVEL INF

#define LOG(level, format, ...) do{\
    if (DEFAULT_LOG_LEVEL > level) break;\
    time_t t = time(NULL);\
    struct tm *lt = localtime(&t);\
    char buf[32] = {0};\
    strftime(buf, 31, "%H:%M:%S", lt);\
    fprintf(stdout, "[%s %s:%d] " format "\n", buf, __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__);\
}while(0)

#define ILOG(format, ...) LOG(INF, format, ##__VA_ARGS__)
#define DLOG(format, ...) LOG(DBG, format, ##__VA_ARGS__)
#define ELOG(format, ...) LOG(ERR, format, ##__VA_ARGS__)
#endif

JSON 与字符串处理

使用 jsoncpp 进行序列化与反序列化，配合自定义字符串分割工具处理协议报文。

class json_util{
public:
    static bool serialize(const Json::Value &root, std::string &str) {
        Json::StreamWriterBuilder swb;
        std::unique_ptr<Json::StreamWriter>sw(swb.newStreamWriter());
        std::stringstream ss;
        int ret = sw->write(root, &ss);
        if (ret != 0) {
            ELOG("json serialize failed!!");
            return false;
        }
        str = ss.str();
        return true;
    }
    // ... unserialize implementation ...
};

数据管理与用户模型

用户表设计

设计包含 ID、用户名、密码、积分、总场次及胜场的基础信息表。

drop database if exists gobang;
create database if not exists gobang;
use gobang;
create table if not exists user(
 id int primary key auto_increment,
 username varchar(32) unique key not null,
 password varchar(128) not null,
 score int,
 total_count int,
 win_count int
);

数据管理模块

封装 user_table 类，提供注册、登录验证、信息查询及胜负更新功能。注意使用互斥锁保护数据库访问，防止并发冲突。

class user_table{
private:
    MYSQL *_mysql;
    std::mutex _mutex;
public:
    // 注册时新增用户
    bool insert(Json::Value &user) {
        #define INSERT_USER "insert user values(null, '%s', password('%s'), 1000, 0, 0);"
        if (user["password"].isNull() || user["username"].isNull()) {
            DLOG("INPUT PASSWORD OR USERNAME");
            return false;
        }
        char sql[4096] = {0};
        sprintf(sql, INSERT_USER, user["username"].asCString(), user["password"].asCString());
        bool ret = mysql_util::mysql_exec(_mysql, sql);
        return ret;
    }
    // 登录验证
    bool login(Json::Value &user) {
        // ... 查询逻辑 ...
        return true;
    }
    // ... 其他方法 ...
};

注：在 MySQL 8.0 中 password() 函数已被移除，实际项目中建议改用 MD5 或其他哈希算法存储密码。

在线用户与会话管理

在线用户管理

维护游戏大厅和游戏房间的用户连接映射。当 WebSocket 连接建立时加入列表，断开时移除。

class online_manager{
private:
    std::mutex _mutex;
    std::unordered_map<uint64_t, wsserver_t::connection_ptr> _hall_user;
    std::unordered_map<uint64_t, wsserver_t::connection_ptr> _room_user;
public:
    void enter_game_hall(uint64_t uid, wsserver_t::connection_ptr &conn) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
        _hall_user.insert(std::make_pair(uid, conn));
    }
    // ... exit, get_conn 等方法 ...
};

Session 生命周期控制

Session 用于维持用户登录状态。通过定时器管理过期时间，进入大厅或房间后设为永久有效，退出后恢复为超时销毁。

class session_manager {
private:
    uint64_t _next_ssid;
    std::mutex _mutex;
    std::unordered_map<uint64_t, session_ptr> _session;
    wsserver_t *_server;
public:
    void set_session_expire_time(uint64_t ssid, int ms) {
        // 依赖于 websocketpp 的定时器来完成 session 生命周期的管理
        // ... 定时器逻辑 ...
    }
};

游戏房间与匹配逻辑

房间设计

每个房间包含棋盘状态、玩家信息及胜负判定逻辑。走棋时需校验位置合法性及是否已占位，并检测是否达成五连珠。

class room {
private:
    uint64_t _room_id;
    std::vector<std::vector<int>> _board;
    // ... 玩家 ID 等成员 ...

    bool five(int row, int col, int row_off, int col_off, int color) {
        // 检测四个方向是否连续五个同色棋子
        // ... 具体实现 ...
    }

    Json::Value handle_chess(Json::Value &req) {
        // 校验玩家在线状态、落子合法性、胜负判定
        // ... 广播逻辑 ...
    }
};

匹配队列

使用线程安全的链表实现匹配队列，根据用户积分分为普通、高手、大神三个档次。匹配成功后创建房间并通知双方。

template <class T> class match_queue {
private:
    std::list<T> _list;
    std::mutex _mutex;
    std::condition_variable _cond;
public:
    void push(const T &data) { /* 入队 */ }
    bool pop(T &data) { /* 出队 */ }
    // ... wait, remove 等方法 ...
};

前后端联调与业务闭环

静态资源与动态请求

服务器需同时处理静态文件（HTML/CSS）和动态 API 请求。静态资源直接读取文件系统，动态请求解析 JSON 并调用后端逻辑。

登录与鉴权流程

1. 注册：前端提交 JSON，后端写入数据库。
2. 登录：验证通过后生成 Session，通过 Set-Cookie 返回 SSID。
3. 鉴权：后续请求携带 Cookie，服务端解析 SSID 验证 Session 有效性。

前端页面使用 jQuery 发起 AJAX 请求，WebSocket 负责游戏过程中的实时通信。游戏大厅页面负责展示用户信息及匹配按钮，游戏房间页面负责 Canvas 绘制棋盘及接收走棋指令。

常见问题排查

• MySQL 版本兼容性：如前所述，注意密码加密函数的差异。
• Session 过期：确保长连接期间 Session 被设置为永久有效，避免频繁重登。
• 跨域问题：前端 JS 请求需注意同源策略，必要时配置 CORS。

项目总结

本项目完整实现了从网络层到业务层的在线五子棋对战系统。核心技术点包括：

• 网络通信：基于 websocketpp 实现双向长连接。
• 数据持久化：MySQL 存储用户信息与对局记录。
• 并发控制：利用互斥锁保护共享资源，条件变量优化匹配等待。
• 状态管理：Session 机制保障用户会话安全。

通过此实战案例，可以深入理解 C++ 在网络编程领域的实际应用，特别是如何处理高并发下的状态同步与实时交互。