用流来封装SOCKET通信的一种方法

1.1 需求来源 目前XXXXX软件的维护控制工具是命令行输入的，后来因为用户需求变化，还要支持提供一个远程TELNET端口，从而实现远程多用户同时维护功能。因为目前就是通过流来读取命令行上的输入，如果能够将TELNET端口的输入也通过流来读取，目前的实现基本上不做修改。另外，如果真的实现这个功能，原来实现的，将来要实现的所有工具都可以同等对待文件输入，标准输入，网络数据；可以用同样的方式输出到文件，标准输出，网络上去，应用将非常广泛。 1.2 C++流 C++流的输入输出总是要通过一个缓冲区来实现的。见下图 <无法粘贴图> 流与缓冲区之间的关系是通过basic_ios来维护的： template > class basic_ios: public ios_base{ public: 。。。 basic_streambuf* rdbuf() const; //获取缓冲区 basic_streambuf* rdbuf(basic_streambuf* b); //设置新缓冲区，返回原来的缓冲区 }; 各种不同类型的缓冲区都是从basic_streambuf继承来的，basic_streambuf在出现不同缓冲区策略的地方提供了一些虚函数，例如处理缓冲区上溢和下溢的函数，清除缓冲区的函数。如果我们要提供新的缓冲策略和新的输入目标或输出目标，一个正确的起点就是从basic_streambuf继承实现自己的新类，重载必要的虚函数。然后这个新的streambuf就可以和任何一种已有的流，比如stringstream，strstream等一起使用了。 最简单的情况下，如果我们要求I/O操作是非缓冲的，只需要重载basic_streambuf的上溢和下溢的虚函数，如果我们有自己的缓冲区，一般还要重载一个清除缓冲区的虚函数，它在流关闭的时候或显示调用flush操作的时候将缓冲区的内容发送实际目的地并清空它。 1.3 我们的封装方式 我们需要的缓冲区应该从SOCKET上读取数据和将输入通过SOCKET发送出去。为了我们实现缓冲区的通用性，不能将我们实现的缓冲区和SOCKET的接口调用绑定在一起分开。稍微抽象一下，我们需要的缓冲区依赖一个这样的接口： struct readwriter{ int read(char* s, int len); //完成从实际目的地读取数据的功能，传入保存数据的缓冲区，缓冲区长度为len，返回实际读取的数据长度 int write(const char* s, int len); //完成发送数据到实际目的地的功能，需要发送的数据在长度为len的缓冲区中，返回发送成功的数据的长度。 } 想实现SOCKET的读写操作，做一个简单的适配处理就可以完成，这个适配处理的过程就不在本文提及了。我们的缓冲区依赖上面这个接口，当然因为标准库中的streambuf都是利用模板来实现的，因此上面的接口就作为一个模板参数输入。 另外，写入我们streambuf的数据不应该从streambuf中读出来，这一点是和标准库中的其他streambuf输入输出共用一个字符缓冲区不一样。这就意味着我们需要维护读写两个缓冲区，读缓冲区保存从readwriter获取的数据，写缓冲区保存写往readwriter的数据。这样前面说的缓冲区的上溢应该是指写缓冲区满的情况；缓冲区的下溢应该是指读缓冲区数据为空的情况；清空缓冲区(sync)的操作应该是针对写缓冲区而言。 根据前面的分析，我们可以得出下面的定义： template > class streambufadaptor: public basic_stringbuf { RW& _rw; Public: typedef charT char_type; typedef traits::int_type int_type; typedef traits::pos_type pos_type; typedef traits::off_type off_type; typedef traits traits_type; streambufadaptor(RW& rw): _rw(rw){} protected: virtual int sync() { 计算缓冲区中的数据量，将这些数据写入 _rw 中 重新设置写指针到缓冲区的首部 } virtual int_type overflow(charT c) { 首先调用sync虚函数，将缓冲区中的内容清空，并重新设置写指针 保存输入的c到缓冲区 } virtual int_type underflow() { 根据读缓冲区的大小调用 _rw.read 函数读取数据 } }; 完整的实现参见附件中的定义 1.4 streambufadaptor的使用方式 前面提到过，streambuf和stream是在basic_ios中连接在一起的。因为很多流，比如strstream,stringstream等的实现都隐藏了basic_ios<>::rdbuf(streambuf*)的实现，我们必须将一个实际的流上溯为一个basic_ios进行替换操作。见下面的例子： stringstream strout; RW rw；//RW是自己实现的一个读写类 streambufadaptor mybuf(rw); iostream& streamref = strout; streamref.rdbuf(&mybuf); strout << “this is a test” << … string s; strout >> s; …. 上面的使用方式比较繁琐，希望有个简单易用的方式来替换它。借鉴 scopeguard 的实现和使用方式，有下面的方案： 1． 定义一个streamadaptor类，在其构造函数中完成rdbuf的调用，析构函数中恢复 2． 因为我们不直接操作streamadaptor类，利用scopeguard定义宏的技巧。 3． 因为使用人员只应该看到两个界面，一个是输入输出界面的stream，一个是底层数据的实际读写类，至于中间的streambufadaptor可以被隐藏起来。 具体的实现细节参见附件。 最后我们的调用方式如下： stringstream strout; RW rw；//RW是自己实现的一个读写类 //streambufadaptor mybuf(rw); //iostream& streamref = strout; //streamref.rdbuf(&mybuf); STREAM_ADPATOR(strout,rw); //这是我们实现流和SOCKET连接的全部语句 strout << “this is a test” << … string s; strout >> s; …. 1.5 附件（完整的实现）,供参考 /************************** *** *** author: htj *** *************************/ #include namespace std{ /** Rw have the following interface: interface Rw { int write(const charT* s, streamsize size); int read(charT* s, streamsize size); }; **/ template > class streambufadaptor: public basic_streambuf { Rw& _rw; charT *_out; streamsize _out_len; charT *_in; streamsize _in_len; streambufadaptor(const streambufadaptor&); streambufadaptor& operator=(const streambufadaptor&); public: typedef charT char_type; typedef traits::int_type int_type; typedef traits::pos_type pos_type; typedef tr