Linux 应用层自定义协议与序列化

一。应用层协议

前面我们提到了五层模型，其中网络层、传输层、链路层都是负责进行数据传输的，而应用层是根据我们不同的需求进行个性化开发的。应用层通过接收传输的数据，对数据进行处理完成不同的功能。但是，我们在数据传输的过程中，传递的都是字符串，那么应用层该如何识别这些字符串呢？

由此，我们需要一份协议来规定好，字符串传递分别代表什么内容。

协议是为实现网络数据交换而建立的规则、约定或标准，用于规范通信行为，定义了通信双方如何进行数据交换，包括数据格式、通信过程中的操作和错误处理等。

二。序列化与反序列化

1. 何为序列化与反序列化

上文我们得知传输间需要协议，网络传输是以字符串形式传输的，那我们如何来管理这些字符串呢？这里我们就需要对数据进行结构化，我们可以约定以 \r\n 为每个数据的分隔，或者索性传结构体，总之需要双份共同有一份存储格式。对于将数据打包后传给网络的行为我们叫做序列化，而从网络接收到数据后进行拆包的行为我们叫做反序列化。

所以简单说序列化与反序列化就是打包和拆包。

2. 重新理解 read，write，recv，send 为什么支持全双工

我们首先来理解下图

全双工是指双方可以同时接收发送数据，数据传输的本质就是拷贝，将数据以字符串的形式拷贝到缓冲区中，再由缓冲区发送出去，这样底层的传输就无需关注传输的内容，因为它们都是字符串。我们使用这些接口时，都是先将数据拷贝到缓冲区当中，并不是直接进行传输。所以 read，write，recv，send 这些函数本质就是拷贝函数。

3. 计算器代码实现

3.1 Socket 封装

这里我们将 socket 套接字接口进行封装使用。目前我们熟知的套接字有 Udp 和 Tcp，它们两者的接口有共同点也有不同点，所以我们可以使用虚函数继承的方式来写类。首先若服务端使用 Udp 套接字，只需要 socket 和 bind 即可，客户端只需要 socket；若服务端使用 Tcp 那么就要在 Udp 的基础上进行 listen，客户端不变。两者都有的接口为 send，recv，close 等。

我们创建一个 Socket 类作为父类，让 Tcp 和 Udp 继承 Socket 作为子类。后续进行接口封装即可。

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
# 



 SocketModule {
  LogModule;
  std;
   gbacklog = ;
  {
:
     ~() {}
    = ;
    = ;
    = ;
    = ;
    = ;
    = ;
    = ;
    = ;
:
    {
        ();
        
        (port);
        
        (backlog);
    }
    {
        ();
    }
    {
        ();
        (port);
    }
    {
        ();
    }
};
   defaultnum = ;
  :  Socket {
:
    () : _sockfd(defaultnum) { }
    ( fd) : _sockfd(fd) { }
    {
        _sockfd = ::(AF_INET, SOCK_STREAM, );
         (_sockfd < ) {
            (LogLevel::FATAL) << ;
            (SOCKET_ERR);
        }
        (LogLevel::INFO) << ;
         opt = ;
        (_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, (opt));
    }
    {
        ;
        
         n = ::(_sockfd, localaddr.(), localaddr.());
         (n < ) {
            (LogLevel::FATAL) << ;
            
            (BIND_ERR);
        }
        (LogLevel::INFO) << ;
    }
    {
         n = ::(_sockfd, gbacklog);
         (n < ) {
            (LogLevel::FATAL) << ;
            (LISTEN_ERR);
        }
        (LogLevel::INFO) << ;
    }
    {
        sockaddr_in peer;
         len = (peer);
         fd = ::(_sockfd, (peer), &len);
         (fd < ) {
            (LogLevel::WARNING) << ;
             ;
        }
        client->(peer);
         <TcpSocket>(fd);
    }
    {
         (_sockfd > ) ::(_sockfd);
    }
    {
         buffer[];
         n = ::(_sockfd, buffer, (buffer), );
         (n > ) {
            buffer[n] = ;
            *out += buffer;
        }
         n;
    }
    {
         ::(_sockfd, message.(), message.(), );
    }
    {
        ;
         n = (_sockfd, server.(), server.());
         (n < ) {
            (LogLevel::FATAL) << ;
            (CONNECT_ERR);
        }
        (LogLevel::INFO) << ;
         n;
    }
:
     _sockfd;
};
}