Linux C多人网络聊天室

经过好几天的日夜奋斗，总算把这个聊天室给做出来了，虽然说不上多好，但也是这几天从早到晚劳动的成功，所以就写这篇博文来记录一下啦。别的不敢说，确保能用就是了，完整代码在最后哦~
当然啦，如果有幸被转发，还请注明来处哈~

一、功能

这个Linux下C版本的多人网络聊天室具备以下几个基本功能（或者说需求）：
（一）C/S模式，IPv4的TCP通信；
（二）客户端登录需要账号密码，没有账号需要注册；
（三）服务器每接收到一个客户端的连接，就产生一个线程为其服务；
（四）进入聊天室后，客户端可以选择群聊（发给所有人），也可以选择私聊（发给指定账号的人）；
（五）服务器可以限定同时登录聊天室的账号的最大数量；
（六）用sqlite3创建保存用户账号信息的数据库；
（七）客户端（服务器端要的话应该也可以）自动获取本地主机未被占用的端口号以连接服务器。

由于时间关系，原本设定的用户登录或退出时通知所有人和保存聊天记录等功能，笔者就没能添加进去。若有兴趣，读者可参考以下想法进行添加：“用户登录或退出时通知所有人”这点可以在用户确认登录后但尚未进入聊天室时通过send/recv实现，而“保存聊天记录”这点就像保存用户账号信息一样保存到数据库（当然更简单的方法是保存到普通文件中）。另外，也有一大点笔者心有余而力不足，有大佬路过时还请指教指教，就是多线程之间交互的问题，例如主线程如何等待所有子线程正常退出等，这一块我不熟悉~

二、主要功能实现分析

（一）网络通信基本步骤
简单来讲就是：客户端——创建套接字，配置网络结构体，绑定，请求连接，正常通信；服务器——创建套接字，配置网络结构体，绑定，监听，接受连接，正常通信。至于网络通信基本原理详细点的介绍可以看我这篇博文介绍——网络通信基本原理。
在这里要注意以下两点：
一个是配置网络结构体，这点其实可以在man手册看到相关（结构体）说明，具体来说就是设定端口号、IP协议（IPv4/IPv6）以及通信对象的IP地址，配置网络结构体是为了后续bind服务的。

 //配置网络结构体struct sockaddr_in myaddr; myaddr.sin_port = htons(50000);    //应用层端口号myaddr.sin_family = AF_INET;       //IPv4协议myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//通信对象的IP地址，0.0.0.0表示所有IP地址，也可以指定IP

另一个是所谓的“自动获取本地主机未被占用的端口号”。由于笔者只是在自己一台电脑上开多个虚拟终端来运行client，连接的服务器在本地主机(127.0.0.1)，而我又不想手动地一个客户端给他传递一个端口号，所以就想到了这个方法。具体来讲，就是从50001开始随便一个一个去尝试bind，绑定失败就下一个，绑定成功的话那就它了。至于为什么是50001开始呢，一个依据是《计算机网络》中说到客户端使用的端口号为49152~65535，然后我就在这个范围内选个中意的范围了。

portnum = 50001;while(1){if(portnum > 65535){printf("bind error because of no port number available!\n");return -1;}（.......配置网络结构体）ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myaddr,sizeof(myaddr));if(ret == -1) {continue;}else{printf("bind successfully!\n");break;}}

（二）用户账号信息如何验证、存储
讲到这点，我们得先看看数据库方面的知识了，这里我用的是SQLite，其操作简单讲就是增、删、查、改这些，具体地C接口在这个程序中我使用的有sqlite3_open_v2（）、sqlite3_exec（）、sqlite3_get_table（）。其实说到数据库，我也是在做这个小项目过程中现学现卖的，所以就不多班门弄斧了，不过一些基本操作咱可以看这个网站。在这里我就介绍下我怎么存储怎么验证。
（1）存储
说到存储，在我这个小项目里那就只能是在注册过程才会用到了，而注册是在客户端进行，所以要先获取ID信息（昵称和密码），然后发送给服务器。服务器读取用户账号信息表格并分配一个尚未使用的ID，然后将账号信息（ID，name，passwd）插入到数据库，而插入成功了也就是说注册成功了，那就要返回一个注册成功标志给客户端。

//这个代码段是用来计算用户账号信息表中有多少条记录的，将这个数量加上起始的100的结果作为账号分配，就能使得账号不重复了。
int j = 100;char *sql1 = "select * from hwy_id_sheet;";sqlite3_get_table(db,sql1,&azResult,&nrow,&ncolumn,&errmsg);j = j+ nrow;memset(ack_ID_info,0,4);sprintf(ack_ID_info,"%d",j);//---itoa

（2）验证登录
验证起始也跟前面“存储”差不多，就是：客户端获取登录信息（ID，passwd）–发送给服务器–服务器在用户账号信息表中查找是否有相关记录，有则代表登录成功，没有就代表登录失败–返回登录状态–若登录成功则也返回（name）。

sprintf(sql,"select * from hwy_id_sheet where id = '%s' and passwd = '%s';",client_ID_info.id,client_ID_info.passwd);sqlite3_get_table(db,sql,&azResult,&nrow,&ncolumn,&errmsg);

（三）群聊OR私聊
这好办，程序中，当写入的聊天信息中“目标ID”为“999”时发给所有人，也就是所谓的群聊；当写入的聊天信息中“目标ID”为其他ID如“101”时，则发给对应用户。

void SendMsgToAll(char *msg)
{int i;for(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd != 0){printf("sendto%s\n",id_to_fd[i].client_id);printf("%s\n",msg);send(id_to_fd[i].client_fd,msg,strlen(msg),0);}}
}

void SendMsgToSb(int destfd,char *msg)
{int i;for(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd == destfd ){printf("sendto%s\n",id_to_fd[i].client_id);printf("%s\n",msg);send(destfd,msg,strlen(msg),0);break;}}
}

（四）服务器端与客户端对应的fd和ID如何绑定？
因为服务器端accept客户端后会产生client_sockfd，之后服务器就用这个client_sockfd来与客户端通信，然而我们私聊时是无法得知服务器给某个客户端分配了哪一个client_sockfd的，只能通过ID来指定通信用户，所以就产生了这个问题了。至于怎么绑定，看下面结构体就知道了~

//id--fd结构体类型
typedef struct
{int client_fd;char client_id[4];
}client_id_to_fd;

（1）服务器每接收到客户端连接时就会产生一个对应的fd，这事写进client_fd中；
（2）服务器验证客户端登录账号成功时会获取一个正确的ID，这时再写进去。
由此也就实现了这一绑定了，之后怎么通信，看上面步骤（三）。

三、完整代码

（1）头文件–hwy_network_chat.h

#ifndef __HWY_NETWORK_CHAT_H__
#define __HWY_NETWORK_CHAT_H__//聊天室中能注册登陆的最大人员数量
#define  PEOPLE_NUM_MAX   10
//聊天信息（发送结构体）长度
#define  CHAT_STRUCT_SIZE (POSITION_CONTENT+128)
//客户端最大连接数量
#define  CLIENT_MAX       3#define  POSITION_SELFID  0
#define  POSITION_NAME    (4+POSITION_SELFID)
#define  POSITION_DESTID  (4+POSITION_NAME)
#define  POSITION_TIME    (4+POSITION_DESTID)
#define  POSITION_CONTENT (26+POSITION_TIME)//聊天室中人员身份信息
typedef struct
{char id[4];     //登陆帐号char name[4];     //昵称char passwd[8];//登陆密码
}hwy_people_t;//聊天消息之发送的格式
typedef struct
{char self_id[4];   //自身IDchar name[4];     //自身昵称char dest_id[4];  //目标IDchar time[26];    //发送时间char content[128];    //发送内容
}hwy_send_msg_t;//聊天消息之接收的格式
typedef struct
{char who[4];       //发送者char time[26]; //发送时间char content[128];    //发送内容
}hwy_recv_msg_t;#endif

（2）client.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include "hwy_network_chat.h"
#include <stdlib.h>//登录者帐号信息
static hwy_people_t client_id;/** 功能：建立网络通信的初始化工作,包括创建套接字和绑定可用端口号* 输入参数：无* 输出参数：成功返回用于网络通信的套接字，失败返回-1*/
int sock_init(void)
{int ret;int portnum;//端口号//创建套接字--设置通信为IPv4的TCP通信int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sockfd == -1){perror("socket failed");return -1;}//配置网络结构体/*从50001开始，查找主机中尚未被占用的端口号，然后绑定*/struct sockaddr_in myaddr;portnum = 50001;while(1){if(portnum > 65535){printf("bind error because of no port number available!\n");return -1;}myaddr.sin_port = htons(portnum++);       //应用层端口号myaddr.sin_family = AF_INET;          //IPv4协议myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//通信对象的IP地址，0.0.0.0表示所有IP地址//绑定套接字和结构体----主机自检端口号是否重复，IP是否准确ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myaddr,sizeof(myaddr));if(ret == -1){continue;}else{printf("bind successfully!\n");break;}}return sockfd;
}/**功能：连接服务器*输入参数：套接字*输出参数：连接成功与否的标志，成功返回1，失败返回0* */
int sock_client(int sockfd)
{//连接服务器struct sockaddr_in srcaddr;srcaddr.sin_port = htons(50000);//服务器的应用层端口号srcaddr.sin_family = AF_INET;//服务器的IPv4协议srcaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//服务器的IP地址-本地主机int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&srcaddr,sizeof(srcaddr));if(ret == -1){perror("connect failed");return -1;}printf("connect OK\n");return 0;
}/**功能：验证登录或注册帐号信息*输入：客户端套接字，登录/注册选择*输出：登录成功1，注册成功2，任意失败-1* */
int check_id(int sockfd,int choice)
{char ID_info[17];//存储帐号信息以及登录/注册选择int i;char status[16];//存储登录/注册状态int ret;printf("check ID information!\n");memset(ID_info,0,17);//登录，携带ID 和密码if(1 == choice){ID_info[0]='1';memcpy(ID_info+1,client_id.id,4);memcpy(ID_info+9,client_id.passwd,8);}//注册，携带昵称和密码else {ID_info[0]='2';memcpy(ID_info+5,client_id.name,4);memcpy(ID_info+9,client_id.passwd,8);}//发送帐号信息给服务器端进行验证for(i=0;i<16;i++){if(ID_info[i] == '\0'){ID_info[i] = '/';}}ID_info[i] = '\0';ret = send(sockfd, ID_info, strlen(ID_info), 0);if(-1 == ret){perror("send id_info error!");return -1;}//接收帐号验证信息memset(status,0,16);ret = recv(sockfd,status,16,0);if(-1 == ret){perror("recv id_info error!");return -1;}if(memcmp(status,"successfully!",13)==0){//登录成功//printf("login successfully!\n");send(sockfd,"ok",3,0);ret = recv(sockfd,client_id.name,4,0);if(-1 == ret){perror("recv ack_id_info error");return -1;}return 1;}else if(memcmp(status,"sign up",7)==0){//注册成功//printf("sign up successfully!\n");send(sockfd,"ok",3,0);ret = recv(sockfd,client_id.id,4,0);if(-1 == ret){perror("recv ack_id_info error");return -1;}return 2;}else {printf("login or sign up error!\n");return -1;}
}/**功能：登录界面*输入：客户端套接字*输出：成功0，失败-1*注意：登录失败可以重新登录，其他失败会退出*/
int hwy_login(int sockfd )
{int choice;//1--代表登录，2代表注册int login_status;//登录状态,-1代表失败，1代表成功int signup_status;//注册状态，-1代表失败，2代表成功while(1){printf("1------------login\n2------------sign up\n");scanf("%d",&choice);if(1 == choice){//登录，输入ID和密码printf("ID:");scanf("%s",client_id.id);  printf("passwd:");scanf("%s",client_id.passwd);login_status=check_id(sockfd,choice);if(1 == login_status){//登录成功,进入聊天室printf("欢迎登录聊天室～%s\n",client_id.name);break;}else continue;}else if(2 == choice){//注册，输入昵称和密码printf("name:");scanf("%s",client_id.name);printf("passwd:");scanf("%s",client_id.passwd);signup_status = check_id(sockfd,choice);if(2 == signup_status){//注册成功，返回登录界面printf("注册成功\n");printf("你的帐号为：%s\n请重新登录\n",client_id.id);continue;}else {//注册失败return -1;}}else {printf("错误！请输入正确数值！\n");continue;}}return 0;
}/**功能：获取聊天具体内容*输入：保存聊天内容的指针*输出：无* */
//获取聊天具体内容
void get_send_content(char get_send_buffer[CHAT_STRUCT_SIZE])
{int i;char dest[4];//目标帐号char time_buf[26];//时间time_t t;time(&t);memset(get_send_buffer,0,CHAT_STRUCT_SIZE);//发送者memcpy(get_send_buffer+POSITION_SELFID,client_id.id,4);memcpy(get_send_buffer+POSITION_NAME,client_id.name,4);//接收者//printf("你要发给谁？\n");scanf("%s",get_send_buffer+POSITION_DESTID);//发送内容//printf("你要发什么？\n");scanf("%s",get_send_buffer+POSITION_CONTENT);//发送时间memcpy(get_send_buffer+POSITION_TIME,ctime_r(&t,time_buf),26);  for(i=0;i<POSITION_CONTENT;i++){if(get_send_buffer[i] == '\0')get_send_buffer[i] = '/';}
}/**功能：处理接收信息的子线程处理函数** */
void *pthread_recv_func (void *arg)
{int sockfd = *(int *)arg;int ret;int i;hwy_recv_msg_t hwy_msg;//谁发的，什么时候发，发了什么char recv_buffer[CHAT_STRUCT_SIZE];//接收内容缓冲区printf("现在可以聊天了～\n");while(1){memset(recv_buffer,0,CHAT_STRUCT_SIZE);ret=recv(sockfd, recv_buffer,CHAT_STRUCT_SIZE, 0);if(ret == -1){printf("client received error!\n");return;}else {for(i=0;i<POSITION_CONTENT;i++){if(recv_buffer[i]== '/')recv_buffer[i]= '\0';}memcpy(hwy_msg.who,recv_buffer+POSITION_NAME,4);memcpy(hwy_msg.time,recv_buffer+POSITION_TIME,26);memcpy(hwy_msg.content,recv_buffer+POSITION_CONTENT,128);printf("%s:%s\n%s",hwy_msg.who,hwy_msg.content,hwy_msg.time);}}
}void *pthread_send_func (void *arg)
{int sockfd = *(int *)arg;char send_buffer[CHAT_STRUCT_SIZE];//发送内容缓冲区while(1){get_send_content(send_buffer);//输入bye退出聊天室if(memcmp(send_buffer,"bye",3)== 0 ){send(sockfd,"byebye~", strlen(send_buffer), 0);close(sockfd);exit(0);}send(sockfd, send_buffer, strlen(send_buffer), 0);}
}int main(int argc,char *argv[])
{int sockfd = sock_init();if(sockfd == -1){printf("sock_init error!\n");return -1;}int ret = sock_client(sockfd);if(-1 == ret){printf("sock_client error!\n");return -1;}ret = hwy_login(sockfd);if(ret == -1){perror("hwy_login function error!");return -1;}//一个线程负责接收信息，一个线程负责发送信息pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid2,0,pthread_recv_func,&sockfd);pthread_create(&tid1,0,pthread_send_func,&sockfd);while(1){sleep(9);}close(sockfd);return 0;
}

（3）server.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "hwy_network_chat.h"
#include "sqlite3.h"
#include <stdlib.h>//id--fd结构体类型
typedef struct
{int client_fd;char client_id[4];
}client_id_to_fd;//将用户帐号和占用的文件描述符一一对应起来，
//方便后续一对一通信
client_id_to_fd id_to_fd[CLIENT_MAX];//数据库的连接指针
static sqlite3 *db = NULL;/**功能：建立网络通信的初始化工作,包括创建套接字和绑定可用端口号*输入：无*输出：成功返回套接字，失败返回-1* */
int sock_init(void )
{int ret;//创建套接字--设置通信为IPv4的TCP通信int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sockfd == -1){perror("socket failed");return -1;}//配置网络结构体struct sockaddr_in myaddr; myaddr.sin_port = htons(50000);   //应用层端口号myaddr.sin_family = AF_INET;       //IPv4协议myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//通信对象的IP地址，0.0.0.0表示所有IP地址//绑定套接字和结构体----主机自检端口号是否重复，IP是否准确ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myaddr,sizeof(myaddr));if(ret == -1){perror("bind failed");return -1;}return sockfd;
}/**功能：把服务器接收的信息发给所有人*输入：聊天信息具体内容*输出：无* */
void SendMsgToAll(char *msg)
{int i;for(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd != 0){printf("sendto%s\n",id_to_fd[i].client_id);printf("%s\n",msg);send(id_to_fd[i].client_fd,msg,strlen(msg),0);}}
}/** 功能：把服务器接收的消息发给指定的人* 输入：目标帐号所绑定的fd，具体聊天内容* 输出：无*/
void SendMsgToSb(int destfd,char *msg)
{int i;for(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd == destfd ){printf("sendto%s\n",id_to_fd[i].client_id);printf("%s\n",msg);send(destfd,msg,strlen(msg),0);break;}}
}//数据库初始化工作
//连接数据库，创建表格
void hwyDataBase_init(void )
{// 打开hwyhwy.db的数据库，如果数据库不存在，则创建并打开sqlite3_open_v2("hwyhwy.db",&db,SQLITE_OPEN_READWRITE | SQLITE_OPEN_CREATE,//可读可写可创建NULL);if(db==NULL){perror("sqlite3_open_v2 faield\n");exit(-1);}//在数据库中创建表格//ID 昵称 密码，ID为主键char *errmsg = NULL;char *sql = "CREATE TABLE if not exists hwy_id_sheet(id text primary key,\name text not null,passwd text not null);";sqlite3_exec(db, sql, NULL, NULL, &errmsg);
}/**功能：验证客户端传来的ID信息*输入：服务器accept后产生的套接字*输出：验证状态，1登录成功，2注册成功，其他失败* */
int check_recv_id(int fd )
{int ret;int i;hwy_people_t client_ID_info; //帐号信息结构体ID_infochar recv_ID_info[17];//客户端传来的帐号信息其登录/注册选择char ack_ID_info[4];char ack_ok[3];char *errmsg = NULL;char sql[128];int nrow=0;int ncolumn=0;char **azResult=NULL;char status[16];//接收ID_infomemset(recv_ID_info,0,17);memset(ack_ID_info,0,4);memset(sql,0,128);memset(status,0,16);ret = recv(fd, recv_ID_info, 17, 0);if(-1 == ret){perror("recv error!");return -1;}//打印接收到的信息for(i=0;i<17;i++){if(recv_ID_info[i] == '/')recv_ID_info[i] = '\0';}memcpy(client_ID_info.id,recv_ID_info+1,4);memcpy(client_ID_info.name,recv_ID_info+5,4);memcpy(client_ID_info.passwd,recv_ID_info+9,8);//登录,验证输入的ID和passwd是否正确if(recv_ID_info[0] == '1'){sprintf(sql,"select * from hwy_id_sheet where id = '%s' and passwd = '%s';",client_ID_info.id,client_ID_info.passwd);sqlite3_get_table(db,sql,&azResult,&nrow,&ncolumn,&errmsg);if(nrow == 0){//没有匹配项，登录验证失败strcpy(status,"login failed!");send(fd,status,strlen(status),0);return -1;}else {//登录验证成功memset(status,0,16);strcpy(status,"successfully!");send(fd,status,strlen(status),0);recv(fd,ack_ok,3,0);//在这里绑定client_fd---client_idfor(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd == fd){memcpy(id_to_fd[i].client_id,client_ID_info.id,4);break;}}//发送用户昵称strcpy(ack_ID_info,azResult[4]);send(fd,ack_ID_info,strlen(ack_ID_info),0);return 1;}}//注册，根据昵称和密码注册、记录帐号信息，并返回帐号else {int j = 100;char *sql1 = "select * from hwy_id_sheet;";sqlite3_get_table(db,sql1,&azResult,&nrow,&ncolumn,&errmsg);j = j+ nrow;memset(ack_ID_info,0,4);sprintf(ack_ID_info,"%d",j);//---itoamemcpy(client_ID_info.id,ack_ID_info,4);sprintf(sql,"insert into hwy_id_sheet values('%s','%s','%s'); ",client_ID_info.id,client_ID_info.name,client_ID_info.passwd);ret = sqlite3_exec(db, sql, NULL, NULL, &errmsg);if(ret == SQLITE_OK){printf("注册成功\n");memset(status,0,16);strcpy(status,"sign up");send(fd,status,strlen(status),0);recv(fd,ack_ok,3,0);//发送用户帐号信息send(fd,ack_ID_info,strlen(ack_ID_info),0);return 2;}else {printf("注册失败\n");memset(status,0,16);strcpy(status,"sign up error");send(fd,status,strlen(status),0);return -1;}}
}//每接收一个客户端的连接，便创建一个线程
void * thread_func (void *arg)
{int fd = *(int *)arg;int ret;int i;hwy_send_msg_t hwy_C_SendMsg;printf("pthread = %d\n",fd);char recv_buffer[CHAT_STRUCT_SIZE];//验证登录/注册信息while(1){ ret = check_recv_id(fd);printf("check_recv_id = %d\n",ret);if(ret == 1){//成功登录printf("登录成功\n");break;}else if(ret == 2){//注册成功,需要重新登录continue;}else {//验证失败,服务器不退出continue;}}//登录成功，处理正常聊天的信息--接收与转发while(1){memset(recv_buffer,0,CHAT_STRUCT_SIZE);ret = recv(fd, recv_buffer, CHAT_STRUCT_SIZE, 0);if(-1 == ret){perror("recv error!");return;}else if(ret>0){printf("接收到的内容为：%s\n",recv_buffer);if(memcmp(recv_buffer+POSITION_DESTID,"999",3)== 0)SendMsgToAll(recv_buffer);else{for(i = 0;i< CLIENT_MAX;i++){if(memcmp(id_to_fd[i].client_id,recv_buffer+POSITION_DESTID,\3)== 0){SendMsgToSb(id_to_fd[i].client_fd,recv_buffer);break;}}}}}
}void service(int sock_fd)
{printf("服务器启动...\n");listen(sock_fd,CLIENT_MAX);while(1){struct sockaddr_in clientaddr;int len = sizeof(clientaddr);int client_sock = accept(sock_fd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&len);if(client_sock== -1){printf("accept failed...\n");continue;}printf("accept OK!\n");int i;for(i=0;i<CLIENT_MAX;i++){if(id_to_fd[i].client_fd == 0){id_to_fd[i].client_fd = client_sock;printf("client fd = %d\n",client_sock);//有客户端连接之后，启动线程为此客户端服务pthread_t tid;pthread_create(&tid, 0,thread_func,&client_sock);break;}}if(i == CLIENT_MAX){char * str = "对不起，聊天室已满人！\n";send(client_sock,str,sizeof(str),0);close(client_sock);}}}int main(int argc,char *argv[])
{int sock_fd = sock_init();hwyDataBase_init();service(sock_fd);return 0;
}

（3）数据库相关代码
sqlite3.c sqlite3.h这个可以下载。

（4）编译方法
gcc client.c -lpthread -o client
gcc server.c sqlite.c -ldl -lpthread -o server
（路过的还请赐教下这个怎么写Makefile？？~）