请求响应-06.请求-路径参数

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前言 

一，select函数

1.1.参数一：nfds

1.2.参数二： readfds, writefds, exceptfds

1.2.1.fd_set类型和相关操作宏

1.2.2.readfds, writefds, exceptfds

1.2.3.怎么理解 readfds, writefds, exceptfds是输入输出型参数

1.3.参数三： timeout

1.3.1.timeval结构体

1.3.1.timeout参数的设定

1.4.返回值 

1.5.select的工作流程

 二，select版TCP服务器

2.1.编写准备

2.2.SelectServer.hpp的编写

2.2.1.为什么要设置辅助数组

2.2.2.select的优缺点 

 2.3.源代码

前言 

我们今天要讲的select，select的原理就像下面的赵六一样。

        赵六去钓鱼，他是个小土豪，赵六手里拿了一堆鱼竿，目测有几百根鱼竿，赵六到达河边，首先就把几百根鱼竿每隔几米插上去，总共插了好几百米的鱼竿，然后赵六就依次遍历这些鱼竿，哪个鱼竿上的鱼漂动了，赵六就把这根鱼竿上的鱼钓上来，然后接下来赵六就又继续重复之前遍历鱼竿的动作进行钓鱼了。

一，select函数

        select是我们学习的第一个多路转接IO接口，我们知道IO是由等待和拷贝两部分组成的。select只负责IO过程中等待的这一步，也就是说，用户可能关心一些sock上的读事件，想要从sock中读取数据，直接读取，可能recv调用会阻塞，等待数据到来，而此时服务器进程就会被阻塞挂起，但服务器挂起就完蛋了，服务器就无法给客户提供服务，可能会产生很多无法预料的不好影响，万一客户正转账呢，服务器突然挂起了，客户的钱没了，但商家这里又没有收到钱，客户找谁说理去啊，所以服务器挂起是一个问题，我们要避免产生这样的问题。

select函数是I/O多路复用的经典实现，其基本原型如下：

select函数的功能

        select()函数允许程序监视多个文件描述符，等待所监视的一个或者多个文件描述符变为“准备好”的状态。所谓的”准备好“状态是指：文件描述符不再是阻塞状态，可以用于某类IO操作了，包括可读，可写，发生异常三种。

 参数详解

1.1.参数一：nfds

        当程序运行时，程序其实会在select这里进行等待，遍历一次底层的多个fd，看其中哪个fd就绪了，然后就将就绪的fd返回给上层，select的第一个参数nfds代表监视的fd中最大的fd值+1，其实就是select在底层需要遍历所有监视的fd，而这个nfds参数其实就是告知select底层遍历的范围是多大

1.2.参数二： readfds, writefds, exceptfds

1.2.1.fd_set类型和相关操作宏

fd_set是一个通过位图来管理文件描述符集合的数据结构，它允许高效地测试和修改集合中的成员。

• fd_set类型本质是一个位图，位图的位置 表示 相对应的文件描述符，内容表示该文件描述符是否有效，1代表该位置的文件描述符有效，0则表示该位置的文件描述符无效。
• 如果将文件描述符2，3设置位图当中，则位图表示的是为1100。
• fd_set的上限是1024个文件描述符。

由于文件描述符是整数，且通常范围有限（尤其是在UNIX和类UNIX系统中），因此使用位图来表示它们是一种非常有效的空间和时间优化方法。

1. FD_SET(fd, &set)：此宏将文件描述符fd添加到set集合中。它实际上是将set中与fd对应的位设置为1。
2. FD_CLR(fd, &set)：此宏从set集合中移除文件描述符fd。它实际上是将set中与fd对应的位清零。
3. FD_ISSET(fd, &set)：此宏检查文件描述符fd是否已经被加入到set集合中。如果set中与fd对应的位为1，则返回非零值（真），否则返回0（假）。
4. FD_ZERO(&set)：此宏用于清空set集合中的所有文件描述符，即将集合中的所有位都设置为0。这是在使用set之前的一个好习惯，以确保集合从一个已知的状态开始。

我们看个例子

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/select.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
int main() {  
    // 假设fd是一个已经打开的文件描述符，这里我们用socket作为示例  
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建一个socket，实际使用中需要设置地址并连接  
    if (fd == -1) {  
        perror("socket");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 创建一个文件描述符集合  
    fd_set readfds;  
  
    // 清空集合  
    FD_ZERO(&readfds);  
  
    // 将文件描述符fd添加到集合中  
    FD_SET(fd, &readfds);  
  
    // 假设我们想要等待这个fd变得可读，最长等待时间为5秒  
    struct timeval tv;  
    tv.tv_sec = 5; // 秒  
    tv.tv_usec = 0; // 微秒  
  
    // 使用select等待文件描述符变得可读  
    int ret = select(fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &tv);  
    if (ret == -1) {  
        perror("select");  
        close(fd); // 不要忘记关闭文件描述符  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    } else if (ret == 0) {  
        printf("Timeout occurred! No data after 5 seconds.\n");  
        close(fd); // 即使没有数据，也要关闭文件描述符  
    } else {  
        // 检查fd是否就绪  
        if (FD_ISSET(fd, &readfds)) {  
            printf("Data is available now on fd %d.\n", fd);  
            // 在这里处理数据，例如使用read()函数读取数据  
  
            // 假设处理完数据后，我们不再需要等待这个fd  
            // 可以在这里调用FD_CLR来从集合中移除它，但在这个简单的例子中我们直接关闭它  
            close(fd);  
        }  
    }  
  
    return 0;  
}

1.2.2.readfds, writefds, exceptfds

这三个参数都是输入输出型参数

 readfds

1. readfds：这是一个指向fd_set的指针，用于指定程序关心的、希望进行读操作的文件描述符集合。如果select函数返回时，某个文件描述符在该集合中被标记为就绪（即可以进行无阻塞的读操作），则可以通过FD_ISSET宏来检查。
2. readfds是 等待读事件的文件描述符集合，.如果不关心读事件（缓冲区有数据)，则可以传NULL值。
3. 应用进程和内核都可以设置readfds，应用进程设置readfds是为了通知内核去等待readfds中的文件描述符的读事件，而内核设置readfds是为了告诉应用进程哪些读事件生效

 writefds

1. writefds：同样是一个指向fd_set的指针，但这次它用于指定程序希望进行写操作的文件描述符集合。如果select返回时某个文件描述符在该集合中被标记为就绪（即可以进行无阻塞的写操作），则同样可以通过FD_ISSET宏来检查。
2. 与readfds类似，writefds是等待写事件(缓冲区中是否有空间)的集合，如果不关心写事件，则可以传值NULL。

exceptfds

1. exceptfds：这个参数也是指向fd_set的指针，用于指定程序希望监视异常条件的文件描述符集合。这里的“异常”通常指的是网络套接字上的带外数据（out-of-band data）到达，或者其他一些非标准的I/O事件。
2. 如果内核等待相应的文件描述符发生异常，则将失败的文件描述符设置进exceptfds中，如果不关心错误事件，可以传值NULL。​​​​

1.2.3.怎么理解 readfds, writefds, exceptfds是输入输出型参数

1. 输入方面：
   • 在调用 select 之前，调用者会设置这三个参数指向的 fd_set 集合，以指定哪些文件描述符（fd）是调用者感兴趣的。具体来说，readfds 集合包含了调用者想要检查是否有数据可读的文件描述符，writefds 集合包含了调用者想要检查是否可以写入数据的文件描述符，而 exceptfds 集合则包含了调用者想要检查是否有异常条件（如带外数据、连接挂断等）的文件描述符。
2. 输出影响方面：
   • 当 select 调用返回时，这三个集合会被 select 函数内部修改，以反映哪些文件描述符在调用期间变得就绪或遇到异常条件。具体来说，如果某个文件描述符在 select 等待期间变得可读、可写或出现异常，那么相应的集合中的该文件描述符的位将被设置（如果它之前没有被设置的话）。但是，这并不意味着 select 在这些集合中添加了新的文件描述符或移除了原有的文件描述符；它只是在修改集合中文件描述符的“就绪”状态位。

1.3.参数三： timeout

1.3.1.timeval结构体

        struct timeval 是一个在多种编程环境中，尤其是在 UNIX 和类 UNIX 系统（包括 Linux）的 C 语言标准库中定义的结构体，用于表示时间间隔或时间点。他的定义如下

struct timeval {
    long tv_sec;  // seconds
    long tv_usec; // microseconds
};

        它通常与需要精确到微秒（microseconds）的时间操作的函数一起使用，比如 select(), gettimeofday(), setitimer(), 和 utimes() 等。

这个结构体包含两个成员：

1. long tv_sec;：这个成员表示自 Unix 纪元（即 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC）以来的秒数。它是一个长整型（long），通常可以存储非常大的数，足以表示从 Unix 纪元到现在的时间（以秒为单位）。
2. long tv_usec;：这个成员表示秒之后的微秒数。它也是一个长整型（long），但用于存储 0 到 999999 之间的值，表示在 tv_sec 所表示的秒之后，再过去多少微秒。

这两个成员结合起来，就可以精确地表示一个时间点或时间间隔，精确到微秒级别。

例如，如果你想要表示一个从 Unix 纪元开始算起，经过了 123 秒又 456789 微秒的时间点，你可以这样设置 struct timeval 结构体：

 struct timeval time;  
 time.tv_sec = 123;  
 time.tv_usec = 456789; 

这个结构体经常与 gettimeofday() 函数一起使用，以获取当前时间（从 Unix 纪元开始的时间，精确到微秒）。例如：

 #include <sys/time.h>  
 #include <stdio.h>  
   int main() {  
 struct timeval now;  
 gettimeofday(&now, NULL);  
 printf("Current time: %ld.%06ld\n", now.tv_sec, now.tv_usec);  
 return 0;  
 } 

这段代码会输出当前的时间，格式为秒数和微秒数（微秒数前面补零至6位）。

1.3.1.timeout参数的设定

这是一个输入型参数！！

1.4.返回值 

1.5.select的工作流程

        应用进程和内核都需要从readfds和writefds获取信息，其中，内核需要从readfds和writefds知道哪些文件描述符需要等待，应用进程需要从readfds和writefds中知道哪些文件描述符的事件就绪.

        如果我们要不断轮询等待文件描述符，则应用进程需要不断的重新设置readfds和writefds，因为每一次调用select，内核会修改readfds和writefds，所以我们需要在 应用程序 中 设置一个数组 来保存程序需要等待的文件描述符，保证调用 select 的时候readfds 和 writefds中的将如下：

 二，select版TCP服务器

接下来我们将用select来重新编写一下我们的TCP服务器。

2.1.编写准备

还记得TCP服务器怎么写吗？

为了节约我们的时间，我们复制一下我们之前封装好的Socket.hpp

#pragma once  
  
#include <iostream>  
#include <string>  
#include <unistd.h>  
#include <cstring>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <netinet/in.h>  
 
  
// 定义一些错误代码  
enum  
{  
    SocketErr = 2,    // 套接字创建错误  
    BindErr,          // 绑定错误  
    ListenErr,        // 监听错误  
};  
  
// 监听队列的长度  
const int backlog = 10;  
  
class Sock  //服务器专门使用
{  
public:  
    Sock() : sockfd_(-1) // 初始化时，将sockfd_设为-1，表示未初始化的套接字  
    {  
    }  
    ~Sock()  
    {  
        // 析构函数中可以关闭套接字，但这里选择不在析构函数中关闭，因为有时需要手动管理资源  
    }  
  
    // 创建套接字  
    void Socket()  
    {  
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
        if (sockfd_ < 0)  
        {  
            printf("socket error, %s: %d", strerror(errno), errno); //错误  
            exit(SocketErr); // 发生错误时退出程序  
        } 
        int opt=1;
        setsockopt(sockfd_,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt)); //关闭后快速重启
    }  
  
    // 将套接字绑定到指定的端口上  
    void Bind(uint16_t port)  
    {  
        //让服务器绑定IP地址与端口号
        struct sockaddr_in local;  
        memset(&local, 0, sizeof(local));//清零  
        local.sin_family = AF_INET;  // 网络
        local.sin_port = htons(port);  // 我设置为默认绑定任意可用IP地址
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有可用的网络接口  
  
        if (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)  //让自己绑定别人
        {  
            printf("bind error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            exit(BindErr);  
        }  
    }  
  
    // 监听端口上的连接请求  
    void Listen()  
    {  
        if (listen(sockfd_, backlog) < 0)  
        {  
            printf("listen error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            exit(ListenErr);  
        }  
    }  
  
    // 接受一个连接请求  
    int Accept(std::string *clientip, uint16_t *clientport)  
    {  
        struct sockaddr_in peer;  
        socklen_t len = sizeof(peer);  
        int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, &len);  
        
        if(newfd < 0)  
        {  
            printf("accept error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            return -1;  
        }  
        
        char ipstr[64];  
        inet_ntop(AF_INET, &peer.sin_addr, ipstr, sizeof(ipstr));  
        *clientip = ipstr;  
        *clientport = ntohs(peer.sin_port);  
  
        return newfd; // 返回新的套接字文件描述符  
    }  
  
    // 连接到指定的IP和端口——客户端才会用的  
    bool Connect(const std::string &ip, const uint16_t &port)  
    {  
        struct sockaddr_in peer;//服务器的信息  
        memset(&peer, 0, sizeof(peer));  
        peer.sin_family = AF_INET;  
        peer.sin_port = htons(port);
 
        inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &(peer.sin_addr));  
  
        int n = connect(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, sizeof(peer));  
        if(n == -1)   
        {  
            std::cerr << "connect to " << ip << ":" << port << " error" << std::endl;  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
  
    // 关闭套接字  
    void Close()  
    {  
        close(sockfd_);  
    }  
  
    // 获取套接字的文件描述符  
    int Fd()  
    {  
        return sockfd_;  
    }  
  
private:  
    int sockfd_; // 套接字文件描述符  
};

首先我们要创建一个SelectServer.hpp，main.cc，makefile

select_server:main.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf select_server

#pragma once
#include<iostream>
#include"Socket.hpp"

const uint16_t default_port = 8877;       // 默认端口号
const std::string default_ip = "0.0.0.0"; // 默认IP

class SelectServer
{
public:
    SelectServer(const uint16_t port = default_port, const std::string ip = default_ip)
        : ip_(ip), port_(port)
    {
    }
    ~SelectServer()
    {
        listensock_.Close();
    }

     bool Init()
    {
        listensock_.Socket();
        listensock_.Bind(port_);
        listensock_.Listen();     

        return true;   
    }

    void Start()
    {

    }

private:
    uint16_t port_;//绑定的端口号
    Sock listensock_;//专门用来listen的
    std::string ip_;  // ip地址
};

#include"SelectServer.hpp"
#include<memory>

int main()
{
    std::unique_ptr<SelectServer> svr(new SelectServer());
    svr->Init();
    svr->Start();
}

2.2.SelectServer.hpp的编写

 接下来我们就只剩下

class SelectServer{

void Start()
{
    }
};

没有编写了。

我们可以看看我们之前编写的TCP服务器是怎么编写的。

void Start()
    {
        while(true)
        {
            std::string clientip;
            uint16_t clientport;
 
            int sockfd=listensock_.Accept(&clientip,&clientport);//这里会返回一个新的套接字
            if(socket<0) 
                continue;
 
            //提供服务
            if(fork()==0)
            {
                listensock_.Close();
                //通过sockfd使用提供服务
        
                 std::string inbuf;
                while (1)
                {
                    
                    char buf[1024];
                    // 1.读取客户端发送的信息
                    ssize_t s = read(sockfd, buf, sizeof(buf) - 1);
                    if (s == 0)
                    { // s == 0代表对方发送了空消息，视作客户端主动退出
                        printf("client quit: %s[%d]", clientip.c_str(), clientport);
                        break;
                    }
                    else if (s < 0)
                    {
                        // 出现了读取错误，打印错误后断开连接
                        printf("read err: %s[%d] = %s", clientip.c_str(), clientport, strerror(errno));
                        break;
                    }
                    else // 2.读取成功
                    {
 
                        
                    }
                }
 
                exit(0);//子进程退出
            }
 
            close(sockfd);//
        }
    }

我们发现，我们首先进行的就是accept啊！！那我们这里能不能里面进行accept呢？答案是不能的。accept本质就是检测并建立listen上面有没有新连接的到来。

还记得我们最开始讲的例子吗？

        赵六去钓鱼，他是个小土豪，赵六手里拿了一堆鱼竿，目测有几百根鱼竿，赵六到达河边，首先就把几百根鱼竿每隔几米插上去，总共插了好几百米的鱼竿，然后赵六就依次遍历这些鱼竿，哪个鱼竿上的鱼漂动了，赵六就把这根鱼竿上的鱼钓上来，然后接下来赵六就又继续重复之前遍历鱼竿的动作进行钓鱼了。

这个新链接就是鱼啊！！！新连接的到来就相当于鱼咬钩了。所以我们处理新连接的时候就得采用IO多路复用思想。

        如果是一个select服务器进程，则服务器进程会不断的接收有新链接，每个链接对应一个文件描述符，如果想要我们的服务器能够同时等待多个链接的数据的到来，我们监听套接字listen_sock读取新链接的时候，我们需要将新链接的文件描述符保存到read_arrys数组中，下次轮询检测的就会将新链接的文件描述符设置进readfds中，如果有链接关闭，则将相对应的文件描述符从read_arrys数组中拿走。

一张图看懂select服务器：

按照上面的思路，我们暂且写出了下面这个

#pragma once
#include<iostream>
#include"Socket.hpp"
#include<sys/select.h>
#include<sys/time.h>

const uint16_t default_port = 8877;       // 默认端口号
const std::string default_ip = "0.0.0.0"; // 默认IP

class SelectServer
{
public:
    SelectServer(const uint16_t port = default_port, const std::string ip = default_ip)
        : ip_(ip), port_(port)
    {
    }
    ~SelectServer()
    {
        listensock_.Close();
    }

     bool Init()
    {
        listensock_.Socket();
        listensock_.Bind(port_);
        listensock_.Listen();     

        return true;   
    }

    void Start()
    {
        int listensock=listensock_.Fd();
        struct timeval timeout ={5,0};
        for(;;)
        {
            fd_set rfds;

            FD_ZERO(&rfds);
            FD_SET(listensock,&rfds);

            int n=select(listensock+1,&rfds,NULL,NULL,&timeout);//刚开始的时候只有1个连接啊！！！
            switch(n)
            {
                case 0:
                    std::cout<<"time out"<<std::endl;
                    break;
                case -1:
                    std::cout<<"select error"<<std::endl;
                    break;
                default:
                    //有事件就绪
                    break;
            }
        }

    }

private:
    uint16_t port_;//绑定的端口号
    Sock listensock_;//专门用来listen的
    std::string ip_;  // ip地址
};

这里需要补充一些知识：

当一个新的连接请求到达监听套接字时，操作系统会接受这个请求（但不在用户空间的应用程序中立即处理它），并将监听套接字的状态标记为可读。这是因为从技术上讲，新的连接请求会导致监听套接字上有一些数据可读——具体来说，是新的连接的信息（例如，客户端的地址和端口号），这些信息将用于后续的 accept 调用。

 我们编译运行一下

我们看看

我们回去再看看我们运行情况 

 嗯？什么情况？为什么一直在打印time out？这个是因为timeout参数是个输入输出型参数

 我们现在需要修改一下代码

 void Start()
    {
        int listensock=listensock_.Fd();
        
        for(;;)
        {
            fd_set rfds;

            FD_ZERO(&rfds);
            FD_SET(listensock,&rfds);

            struct timeval timeout ={5,0};//注意这里

            int n=select(listensock+1,&rfds,NULL,NULL,&timeout);//刚开始的时候只有1个连接啊！！！
            switch(n)
            {
                case 0:
                    std::cout<<"time out"<<std::endl;
                    break;
                case -1:
                    std::cout<<"select error"<<std::endl;
                    break;
                default:
                    //有事件就绪
                    break;
            }
        }

    }

 现在我们再去编译一下

现在就不会变了。 一直为5秒了。

#pragma once
#include<iostream>
#include"Socket.hpp"
#include<sys/select.h>
#include<sys/time.h>

const uint16_t default_port = 8877;       // 默认端口号
const std::string default_ip = "0.0.0.0"; // 默认IP

class SelectServer
{
public:
    SelectServer(const uint16_t port = default_port, const std::string ip = default_ip)
        : ip_(ip), port_(port)
    {
    }
    ~SelectServer()
    {
        listensock_.Close();
    }

     bool Init()
    {
        listensock_.Socket();
        listensock_.Bind(port_);
        listensock_.Listen();     

        return true;   
    }

    void Start()
    {
        int listensock=listensock_.Fd();
        
        for(;;)
        {
            fd_set rfds;

            FD_ZERO(&rfds);
            FD_SET(listensock,&rfds);

            int n=select(listensock+1,&rfds,NULL,NULL,nullptr);
            switch(n)
            {
                case 0:
                    std::cout<<"time out"<<std::endl;
                    break;
                case -1:
                    std::cout<<"select error"<<std::endl;
                    break;
                default:
                    //有事件就绪
                    std::cout<<"get a new link"<<std::endl;
                    break;
            }
        }

    }

private:
    uint16_t port_;//绑定的端口号
    Sock listensock_;//专门用来listen的
    std::string ip_;  // ip地址
};

 我们编译运行一下

我们发现程序怎么一直打印get a new link啊？这是因为我们没有把连接处理。

其实这个是select的特点：如果事件就绪，上层不处理的话，select会一直通知你！！！

如果select告诉我们就绪，接下来的一次读取，我们读取fd的时候，不会被阻塞

接下来我们就要来处理这个连接了！！！

为了让代码看起来更好看一点，我们将处理连接这部分封装起来。

   void HandlerEvent(fd_set& rfds)
    {
        // 检查监听套接字是否就绪 
        if(FD_ISSET(listensock_.Fd(),&rfds))
                // 监听套接字上有新的连接请求  
                // 调用accept来接受连接  
        {
            //我们的连接事件就绪了
            std::string clientip;
            uint16_t clientport;
 
            int sockfd=listensock_.Accept(&clientip,&clientport);//这里会返回一个新的套接字
            //请问进程会阻塞在Accept这里吗？答案是不会的，因为上层的select已经完成的了等待部分，accept只需要完成建立连接即可
            if(sockfd<0)
                return;
        }
    }

注意：

• FD_ISSET(fd, &set)：此宏检查文件描述符fd是否已经被加入到set集合中。如果set中与fd对应的位为1，则返回非零值（真），否则返回0（假）。 

 现在有一个问题，

我们现在可不可以在后面使用read对socked直接进行读数据呢？

答案是不可以。！！！！！

为什么呢？

        因为我们一旦调用read，万一客户端没有发数据过来，服务器进程就会阻塞在read这里！！这样子就会导致HandlerEvent函数调用不会返回，继而导致Start函数的循环阻塞，无法调用select函数监视新加入的连接。

我们发现

所以在accept函数后面我们不能直接调用read函数，而是将新连接加入到select中。

        可是我们发现，我们的select和我们的accept在不同的函数里面，我们怎么让select来设置我们的文件描述符呢？这个时候我们就要设置一个辅助数组了。

2.2.1.为什么要设置辅助数组

 我们可以让新增的fd都添加进辅助数组中,然后让select每次动态设置max_fd,以及三个位图(新增操作在"处理函数"中介绍)

• 可以固定监听套接字(也就是我们创建的第一个套接字)作为数组的第一项，方便我们后续区分[获取新连接] 和 [读写事件]。
• 因为在过程中，可能会陆陆续续关掉一些文件（断开连接时），所以原本添加进的连续fd，会变成零零星星的，所以需要我们每次都重新整理一下这个数组，把有效的fd统一放在左侧，我们每次在循环开头就处理数组中的值，合法的fd就让它设置进位图中
• 不仅如此,在这个过程中,我们还可以找到fd中的最大值,来填充select的第一个参数

接下来我们就修改一下Start函数 

void Start()
    {
        int listensock = listensock_.Fd();
        
        fd_arry[0] = listensock; // 将监听套接字加入辅助数组
        for (;;)
        {
            fd_set rfds;//每调用一次select函数rfds需要重新设定
            FD_ZERO(&rfds);

            int maxfd = fd_arry[0]; // 最大有效数组下标

            for (int i = 0; i < fd_num_max; ++i)
            {
                if (fd_arry[i] == default_fd)
                {
                    continue;
                }
                FD_SET(fd_arry[i], &rfds);
                //注意辅助数组第一个元素是listen套接字，所以最开始的时候一定会执行到这里

                if (maxfd<fd_arry[i])//如果有更大的文件描述符，就替换掉maxfd
                {
                    maxfd = fd_arry[i];
                }
            }

            int n = select(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, nullptr); // 注意这里会修改rfds，返回的rfds有效位代表着哪个位置的有效事件就绪了

            switch (n)
            {
            case 0:
                std::cout << "time out" << std::endl;
                break;
            case -1:
                std::cout << "select error" << std::endl;
                break;
            default:
                // 有事件就绪
                std::cout << "get a new link" << std::endl;
                HandlerEvent(rfds); // 处理事件
                break;
            }
        }
    }

接下来需要修改一下我们的HandlerEvent函数，我们accept新连接后不能直接读取，会阻塞，我们需要将这个新连接加入我们的select函数的范围，这就需要我们借助辅助数组了

当我们识别到有事件就绪,获取连接后获得新套接字fd,之后就该将该fd设置进辅助数组中了

• 需要我们遍历数组,找到空位(值为-1/其他你设定的[数组内的初始值]),然后添加进去
• 但是要注意位图还有没有空位置(别忘了位图是有上限的)
• 所以,还需要加个判断

 void HandlerEvent(fd_set &rfds)
    {
        // 1.判断哪个读事件就绪
        if (FD_ISSET(listensock_.Fd(), &rfds)) //
        {
            // 我们的连接事件就绪了
            std::string clientip;
            uint16_t clientport;

            int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport); // 这里会返回一个新的套接字
            // 请问进程会阻塞在Accept这里吗？答案是不会的，因为上层的select已经完成的了等待部分，accept只需要完成建立连接即可
            if (sockfd <0)
                return;
            else // 把新fd加入位图
            {
                int i = 1;
                for (; i < fd_num_max; i++)//为什么从1开始，因为我们0号下标对应的是listen套接字，我们不要修改
                {
                    if (fd_arry[i] !=default_fd ) // 没找到空位
                    {
                        continue;;
                    }
                    else{//找到空位,但不能直接添加
                        break;
                    }
                }
                if (i != fd_num_max)//没有满
                {
                    fd_arry[i] = sockfd;//把新连接加入数组
                }
                else  // 满了
                { 
                    close(sockfd);//处理不了了，直接关闭连接吧
                }
            }
        }
    }

一旦有新连接的到来，我们就是只先把连接放到辅助数组里面。

 大家有没有发现，这个辅助数组里面的事件有两类啊！！！！就是[新连接]和[读写事件]，如何区分fd集上的事件就绪究竟是[新连接]还是[读写事件]呢?

如何区分fd集上的事件就绪究竟是[新连接]还是[读写事件]呢?

• 前面我们提到,将监听套接字固定在数组第一项,就是为了区分两者,所以写个判断语句就行

 void HandlerEvent(fd_set &rfds)
    {
        for (int n = 0; n < fd_num_max; n++)
        {
            int fd = fd_arry[n];
            if (fd == default_fd) // 无效的
                continue;

            if (FD_ISSET(fd, &rfds)) // fd套接字就绪了
            {

                // 1.是listen套接字就绪了
                if (fd == listensock_.Fd()) // 如果是listen套接字就绪了！！！
                {
                    // 我们的连接事件就绪了
                    std::string clientip;
                    uint16_t clientport;

                    int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport); // 这里会返回一个新的套接字
                    // 请问进程会阻塞在Accept这里吗？答案是不会的，因为上层的select已经完成的了等待部分，accept只需要完成建立连接即可
                    if (sockfd < 0)
                        continue;
                    else // 把新fd加入位图
                    {
                        int i = 1;
                        for (; i < fd_num_max; i++) // 为什么从1开始，因为我们0号下标对应的是listen套接字，我们不要修改
                        {
                            if (fd_arry[i] != default_fd) // 没找到空位
                            {
                                continue;
                            }
                            else
                            { // 找到空位,但不能直接添加
                                break;
                            }
                        }
                        if (i != fd_num_max) // 没有满
                        {
                            fd_arry[i] = sockfd; // 把新连接加入数组
                            Printfd();
                        }
                        else // 满了
                        {
                            close(sockfd); // 处理不了了，直接关闭连接吧
                        }
                    }
                }

                // 2.是通信的套接字就绪了，fd不是listen套接字
                else // 读事件
                {
                    char in_buff[1024];
                    int n = read(fd, in_buff, sizeof(in_buff) - 1);
                    if (n > 0)
                    {
                        in_buff[n] = 0;
                        std::cout << "get message: " << in_buff << std::endl;
                    }
                    else if (n == 0) // 客户端关闭连接
                    {
                        close(fd);//我服务器也要关闭
                        fd_arry[n] = default_fd; // 重置数组内的值
                    }
                    else
                    {
                        close(fd);//我服务器也要关闭
                        fd_arry[n] = default_fd; // 重置数组内的值
                    }
                }
               
            }
        }
    }

 我们做个实验

很完美啊

很好！！

我们也可以把处理过程单拎出来封装成两个函数

• 就相当于我们把收到的事件根据类型不同,派发给不同的模块进行处理

   void Accept()
    {
        // 我们的连接事件就绪了
        std::string clientip;
        uint16_t clientport;

        int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport); // 这里会返回一个新的套接字
        // 请问进程会阻塞在Accept这里吗？答案是不会的，因为上层的select已经完成的了等待部分，accept只需要完成建立连接即可
        if (sockfd < 0)
            return;
        else // 把新fd加入位图
        {
            int i = 1;
            for (; i < fd_num_max; i++) // 为什么从1开始，因为我们0号下标对应的是listen套接字，我们不要修改
            {
                if (fd_arry[i] != default_fd) // 没找到空位
                {
                    continue;
                }
                else
                { // 找到空位,但不能直接添加
                    break;
                }
            }
            if (i != fd_num_max) // 没有满
            {
                fd_arry[i] = sockfd; // 把新连接加入数组
                Printfd();
            }
            else // 满了
            {
                close(sockfd); // 处理不了了，直接关闭连接吧
            }
        }
    }

    void Receiver(int fd, int i)
    {
        char in_buff[1024];
        int n = read(fd, in_buff, sizeof(in_buff) - 1);
        if (n > 0)
        {
            in_buff[n] = 0;
            std::cout << "get message: " << in_buff << std::endl;
        }
        else if (n == 0) // 客户端关闭连接
        {
            close(fd);               // 我服务器也要关闭
            fd_arry[i] = default_fd; // 重置数组内的值
        }
        else
        {
            close(fd);               // 我服务器也要关闭
            fd_arry[i] = default_fd; // 重置数组内的值
        }
    }

    void HandlerEvent(fd_set &rfds)
    {
        for (int n = 0; n < fd_num_max; n++)
        {
            int fd = fd_arry[n];
            if (fd == default_fd) // 无效的
                continue;

            if (FD_ISSET(fd, &rfds)) // fd套接字就绪了
            {
                // 1.是listen套接字就绪了
                if (fd == listensock_.Fd()) // 如果是listen套接字就绪了！！！
                {
                    Accept();
                }
                // 2.是通信的套接字就绪了，fd不是listen套接字
                else // 读事件
                {
                    Receiver(fd,n);
                }
            }
        }
    }

2.2.2.select的优缺点 

总的来说,select最重要的就是思维方式 -- 我们要将所有等待的过程都交给select

并且优缺点很明显

优点

1. 确实实现了多路转接,可以等待多个fd
2. 代码简单明了

缺点

1. 等待的fd数量有上限
2. 输入输出型参数较多,需要频繁进行用户和内核之间的数据拷贝操作 , 以及每次都要重复设置
3. 使用了第三方数组,用户层在读取fd时需要很多次遍历
4. 除了用户层,内核层也要经过多次遍历 -- 内核需要知道自己要关注的fd(遍历位图),关注的过程其实就是在遍历文件描述符表(遍历范围上限=max_fd+1,因为fd本身就是下标,+1就是数量了)

 2.3.源代码

#pragma once  
  
#include <iostream>  
#include <string>  
#include <unistd.h>  
#include <cstring>  
#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <netinet/in.h>  
 
  
// 定义一些错误代码  
enum  
{  
    SocketErr = 2,    // 套接字创建错误  
    BindErr,          // 绑定错误  
    ListenErr,        // 监听错误  
};  
  
// 监听队列的长度  
const int backlog = 10;  
  
class Sock  //服务器专门使用
{  
public:  
    Sock() : sockfd_(-1) // 初始化时，将sockfd_设为-1，表示未初始化的套接字  
    {  
    }  
    ~Sock()  
    {  
        // 析构函数中可以关闭套接字，但这里选择不在析构函数中关闭，因为有时需要手动管理资源  
    }  
  
    // 创建套接字  
    void Socket()  
    {  
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
        if (sockfd_ < 0)  
        {  
            printf("socket error, %s: %d", strerror(errno), errno); //错误  
            exit(SocketErr); // 发生错误时退出程序  
        } 
        int opt=1;
        setsockopt(sockfd_,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt)); //服务器主动关闭后快速重启
    }  
  
    // 将套接字绑定到指定的端口上  
    void Bind(uint16_t port)  
    {  
        //让服务器绑定IP地址与端口号
        struct sockaddr_in local;  
        memset(&local, 0, sizeof(local));//清零  
        local.sin_family = AF_INET;  // 网络
        local.sin_port = htons(port);  // 我设置为默认绑定任意可用IP地址
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有可用的网络接口  
  
        if (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)  //让自己绑定别人
        {  
            printf("bind error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            exit(BindErr);  
        }  
    }  
  
    // 监听端口上的连接请求  
    void Listen()  
    {  
        if (listen(sockfd_, backlog) < 0)  
        {  
            printf("listen error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            exit(ListenErr);  
        }  
    }  
  
    // 接受一个连接请求  
    int Accept(std::string *clientip, uint16_t *clientport)  
    {  
        struct sockaddr_in peer;  
        socklen_t len = sizeof(peer);  
        int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, &len);  
        
        if(newfd < 0)  
        {  
            printf("accept error, %s: %d", strerror(errno), errno);  
            return -1;  
        }  
        
        char ipstr[64];  
        inet_ntop(AF_INET, &peer.sin_addr, ipstr, sizeof(ipstr));  
        *clientip = ipstr;  
        *clientport = ntohs(peer.sin_port);  
  
        return newfd; // 返回新的套接字文件描述符  
    }  
  
    // 连接到指定的IP和端口——客户端才会用的  
    bool Connect(const std::string &ip, const uint16_t &port)  
    {  
        struct sockaddr_in peer;//服务器的信息  
        memset(&peer, 0, sizeof(peer));  
        peer.sin_family = AF_INET;  
        peer.sin_port = htons(port);
 
        inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &(peer.sin_addr));  
  
        int n = connect(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, sizeof(peer));  
        if(n == -1)   
        {  
            std::cerr << "connect to " << ip << ":" << port << " error" << std::endl;  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
  
    // 关闭套接字  
    void Close()  
    {  
        close(sockfd_);  
    }  
  
    // 获取套接字的文件描述符  
    int Fd()  
    {  
        return sockfd_;  
    }  
  
private:  
    int sockfd_; // 套接字文件描述符  
};

#pragma once
#include <iostream>
#include "Socket.hpp"
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>

const uint16_t default_port = 8877;       // 默认端口号
const std::string default_ip = "0.0.0.0"; // 默认IP
const int fd_num_max = sizeof(fd_set) * 8;
const int default_fd = -1;

class SelectServer
{
public:
    SelectServer(const uint16_t port = default_port, const std::string ip = default_ip)
        : ip_(ip), port_(port)
    {
        for (int i = 0; i < fd_num_max; i++)
        {
            fd_arry[i] = -1; // 辅助数组所有元素都是-1；
        }
    }
    ~SelectServer()
    {
        listensock_.Close();
    }

    bool Init()
    {
        listensock_.Socket();
        listensock_.Bind(port_);
        listensock_.Listen();

        return true;
    }

    void Accept()
    {
        // 我们的连接事件就绪了
        std::string clientip;
        uint16_t clientport;

        int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport); // 这里会返回一个新的套接字
        // 请问进程会阻塞在Accept这里吗？答案是不会的，因为上层的select已经完成的了等待部分，accept只需要完成建立连接即可
        if (sockfd < 0)
            return;
        else // 把新fd加入位图
        {
            int i = 1;
            for (; i < fd_num_max; i++) // 为什么从1开始，因为我们0号下标对应的是listen套接字，我们不要修改
            {
                if (fd_arry[i] != default_fd) // 没找到空位
                {
                    continue;
                }
                else
                { // 找到空位,但不能直接添加
                    break;
                }
            }
            if (i != fd_num_max) // 没有满
            {
                fd_arry[i] = sockfd; // 把新连接加入数组
                Printfd();
            }
            else // 满了
            {
                close(sockfd); // 处理不了了，直接关闭连接吧
            }
        }
    }

    void Receiver(int fd, int i)
    {
        char in_buff[1024];
        int n = read(fd, in_buff, sizeof(in_buff) - 1);
        if (n > 0)
        {
            in_buff[n] = 0;
            std::cout << "get message: " << in_buff << std::endl;
        }
        else if (n == 0) // 客户端关闭连接
        {
            close(fd);               // 我服务器也要关闭
            fd_arry[i] = default_fd; // 重置数组内的值
        }
        else
        {
            close(fd);               // 我服务器也要关闭
            fd_arry[i] = default_fd; // 重置数组内的值
        }
    }

    void HandlerEvent(fd_set &rfds)
    {
        for (int n = 0; n < fd_num_max; n++)
        {
            int fd = fd_arry[n];
            if (fd == default_fd) // 无效的
                continue;

            if (FD_ISSET(fd, &rfds)) // fd套接字就绪了
            {
                // 1.是listen套接字就绪了
                if (fd == listensock_.Fd()) // 如果是listen套接字就绪了！！！
                {
                    Accept();
                }
                // 2.是通信的套接字就绪了，fd不是listen套接字
                else // 读事件
                {
                    Receiver(fd,n);
                }
            }
        }
    }
    void Printfd()
    {
        std::cout << "online fd list: ";
        for (int i = 0; i < fd_num_max; i++)
        {
            if (fd_arry[i] == default_fd)
                continue;
            else
            {
                std::cout << fd_arry[i] << " ";
            }
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    void Start()
    {
        int listensock = listensock_.Fd();

        fd_arry[0] = listensock; // 将监听套接字加入辅助数组
        for (;;)
        {
            fd_set rfds; // 每调用一次select函数rfds需要重新设定
            FD_ZERO(&rfds);

            int maxfd = fd_arry[0]; // 最大有效数组下标

            for (int i = 0; i < fd_num_max; ++i)
            {
                if (fd_arry[i] == default_fd)
                {
                    continue;
                }
                FD_SET(fd_arry[i], &rfds);
                // 注意辅助数组第一个元素是listen套接字，所以最开始的时候一定会执行到这里

                if (maxfd < fd_arry[i]) // 如果有更大的文件描述符，就替换掉maxfd
                {
                    maxfd = fd_arry[i];
                    std::cout << "max_fd:" << maxfd << std::endl;
                }
            }

            int n = select(maxfd + 1, &rfds, NULL, NULL, nullptr); // 注意这里会修改rfds，返回的rfds有效位代表着哪个位置的有效事件就绪了

            switch (n)
            {
            case 0:
                std::cout << "time out" << std::endl;
                break;
            case -1:
                std::cout << "select error" << std::endl;
                break;
            default:
                // 有事件就绪
                std::cout << "get a new link" << std::endl;
                HandlerEvent(rfds); // 处理事件
                break;
            }
        }
    }

private:
    uint16_t port_;          // 绑定的端口号
    Sock listensock_;        // 专门用来listen的
    std::string ip_;         // ip地址
    int fd_arry[fd_num_max]; // 辅助数组——方便文件描述符在不同函数间传递
};

#include"SelectServer.hpp"
#include<memory>

int main()
{
    std::unique_ptr<SelectServer> svr(new SelectServer());
    svr->Init();
    svr->Start();
}