快速學習C語言三: 開發環境, VIM配置, TCP基礎，Linux開發基礎，Socket開發基礎

上次學了一些C開發相關的工具，這次再配置一下VIM，讓開發過程更爽一些。 另外再學一些linux下網絡開發的基礎，好多人學C也是為了做網絡開發。

開發環境

首先得有個Linux環境，有時候家里機器是Windows，裝虛擬機也麻煩，所以還不如30塊錢 買個騰訊雲，用putty遠程練上去寫代碼呢。

我一直都是putty+VIM在Linux下開發代碼，好幾年了，只要把putty和VIM配置好，其實 開發效率挺高的。

買好騰訊雲后，裝個Centos，會分配個外網IP，然后買個域名，在DNSPod解析過去，就 可以用putty遠程登錄了，putty一般做如下設置。

• window\appearance\font setting:consolas 12pt ， 設置字體
• window\translate\charset:utf-8 , 設置字符集
• window\selection\action of mouse buttons:windows .. , 設置可以用鼠標選擇文字
• window\line of scoreback:20000 ，設置可滾屏的長度
• connection\auto-login username:root, 設置自動登錄的用戶名
• connection\seconds of keepalive:10, 設置心跳，防止自動斷開

設置完成后把這個會話起個名字，比如叫qcloud，下次用的時候先加載，然后open 就可以了, 所有設置會保存起來。這樣配置后putty已經很好用了，但我們還可以搞成 自動登錄，不需要每次都輸入密碼。

• 在Linux下ssh-keygen -t rsa 生成密鑰對
• 把私鑰id_isa下載到用scp下載到windows並用puttygen加載並重新保存私鑰。
• 在windows下新建快捷方式輸入D:\soft\putty.exe -i D:\ssh\wawa.ppk -load "qcloud" 其中-i 指定私鑰位置，-load指定會話名稱，

下次雙擊快捷方式就登錄上去了，而且上面的設置都會生效。對了，putty和puttygen 要在官方下載哦。

VIM配置

首先安裝最新的VIM.

wget ftp://ftp.vim.org/pub/vim/unix/vim-7.4.tar.bz2
./configure --prefix=/usr/local/vim --enable-multibyte --enable-pythoninterp=yes
make
make install

 

修改下~/.bashrc, 加入如下兩句，可以讓vim和vi指定成剛安裝的版本

alias vim='/usr/local/vim/bin/vim'
alias vi='vim'

 

簡單配置下VIM，就可以開工了, 打開~/.vimrc，添加如下:

" 基本設置
set nocp
set ts=4
set sw=4
set smarttab
set et
set ambiwidth=double
set nu

" 編碼設置 
set encoding=UTF-8
set langmenu=zh_CN.UTF-8
language message zh_CN.UTF-8
set fileencodings=ucs-bom,utf-8,cp936,gb18030,big5,euc-jp,euc-kr,latin1
set fileencoding=utf-8

 

基本每一個VIM最少要配置成這樣，包括生產環境，前半拉主要是設置縮進成4個空格， 后半拉是設置編碼，以便打開文件時不會亂碼。

如果想開發時更爽一些，就得裝插件了，現在裝插件也很簡單，先裝插件管理工具 pathogen.vim, 如下

mkdir -p ~/.vim/autoload ~/.vim/bundle && curl -LSso ~/.vim/autoload/pathogen.vim https://tpo.pe/pathogen.vim

 

然后安裝一個文件模版插件，一個代碼片段插件，一個智能體似乎插件就可以了，傻瓜式 的，如下

# 安裝vim-template
cd ~/.vim/bundle
git clone git://github.com/aperezdc/vim-template.git

# 安裝snipmate
git clone git://github.com/msanders/snipmate.vim.git
cd snipmate.vim
cp -R * ~/.vim

# 安裝clang_complete
yum install clang
git clone https://github.com/Rip-Rip/clang_complete.git
cd clang_complete/
make install

 

再在~/.vimrc里加入如下兩句

execute pathogen#infect()
syntax on
filetype plugin indent on

 

別的插件能不裝就不裝了吧，用的時候再說，現在你打開一個新的.c文件，會自動從模版 里加載一個代碼框架進來，然后輸入main,for,pr等按tab鍵就會自動生成代碼片段， 然后include頭文件后，里面的函數，類型等在輸入時按ctrl+n就會自動提示，結構的 成員也可以，已經很爽了。

TCP基礎

TCP使用很廣泛，先了解一下概念，TCP是面向連接的協議，所以有建立連接和關閉連接 的過程。

建立連接過程需要三步握手，如下：

1. A向B發送syn信令
2. B向A回復ack，以及發送sync信令
3. A向B回復ack

其實網絡上發送數據都有可能丟的，所以每個發送給對端的數據，要收到答復才能確認 對方收到了。 比如上面第二步A收到了B返回的ack才能確認連接已經建立成功，自己給B發送數據，B 可以收到，同樣第三步B收到A的ack才能確認連接建立成功，自己發給A的數據，A能收到。 所以TCP連接建立不是兩步握手，不是四步握手，而是三步握手。

連接建立成功后雙方就可以互發psh信令來傳輸數據了，同樣發出去的psh數據，也需要 收到ack才能確認對方收到，否則就得等待超時后重發。

拆除連接需要四步握手, 因為TCP是雙工的，所以自己這邊關閉連接，有可能對方還會 給自己發數據，還得等對方說自己不會給自己發送數據了。

1. A向B發送fin, 表示自己沒有數據向B發送了。
2. B向A回復ack
3. B向A發送過fin, 表示自己沒有數據向A發送了。
4. A向B回復ack

另外就是在任何時候都可能收到對方發來的rst信令，表示直接復位該連接，也別發數據了 也別等着收數據了，趕緊把資源都回收了吧。

TCP還有滑動窗口的流量控制機制，以及各種超時處理邏輯，有興趣的話具體細節看 《TCP/IP協議詳解》了。

linux下用tcpdump可以抓包學習TCP協議，比如在執行curl -I www.baidu.com時用 tcpdump抓包如下。

# tcpdump -nn -t host www.baidu.com
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [S], seq 1772495094, win 14600, options [mss 1460,sackOK,TS val 214360452 ecr 0,nop,wscale 5], length 0
IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [S.], seq 946873815, ack 1772495095, win 14600, options [mss 1440,sackOK,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,nop,wscale 7], length 0
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 1, win 457, length 0
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [P.], seq 1:168, ack 1, win 457, length 167
IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [.], ack 168, win 202, length 0
IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [P.], seq 1:705, ack 168, win 202, length 704
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 705, win 501, length 0
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [F.], seq 168, ack 705, win 501, length 0
IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [.], ack 169, win 202, length 0
IP 180.97.33.71.80 > 10.190.176.177.34840: Flags [F.], seq 705, ack 169, win 202, length 0
IP 10.190.176.177.34840 > 180.97.33.71.80: Flags [.], ack 706, win 501, length 0

 

可以看到本機的ip是10.190.176.177，baidu解析出來的ip是180.97.33.71，然后前三個 包就是建立連接的三步握手，最后三個包是關閉連接的四步握手。中括號里的S表示sync, p表示psh，F表示fin，.好像表示ack。

Linux基礎

其實Linux下，C的庫函數，以及linux API都在libc.so里面，沒有分開 的。玩C語言開發，肯定要對C庫函數和常用的linux API有所熟悉的，可以先看 如下兩個鏈接快速了解一下，知道系統有哪些能力和輪子。

Standard C 語言標准函數庫速查 http://ganquan.info/standard-c/ Linux系統調用列表http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part1/appendix.html

再就是系統調用，Linux API, 系統命令，和內核函數不是一回事，雖然他們有關聯。 系統調用是通過軟中斷向內核提交請求，獲取內核服務的接口，Linux Api則定義了一組 函數如read,malloc等，封裝了系統調用, 比如malloc函數會調用brk系統調用。 然后有系統命令則更高一級，如ls，hostname,則直接提供了一個可執行程序, 關於他們 的關系可以閱讀下面這篇文章：

http://wenku.baidu.com/view/9e33f3e94afe04a1b071de81.html

C語言要想使用別人的東西，首先要包含別人提供的頭文件，使用linux api和c庫函數 也一樣，默認的這些頭文件都在/usr/include里，自己安裝的一些則一般約定放在 /usr/local/include里。寫代碼的過程中如果遇到一些類型或函數不知道怎么使用，直接 可以在這里面找到頭文件看源碼。

Linux下還有好多數據類型是在學普通C語言是沒見到過的，比如size_t,ssize_t,unit32_t 啥的, 這些其實都在普通數據類型的別名，一般在/usr/include/asm/types.h里可以看到 他們是怎么被typedef的，使用這些類型主要是為了提高可移植性，同時語義更加明確， 比如size_t在32位機器上定義為uint，64位機器上定義為ulong，使用size_t編寫的代碼 就可以在32位機器和64位機器上良好運行。 還有size_t的意義更明確，它不是用來表示 普通的無符號數字概念的，而是表示sizeof返回的結果或者說是能訪問的體系內存的長度。

然后像uint32_t這種類型是為了編寫出更明確的代碼，像C語言的類型，int, long等在 不同的機器上都有不同的長度，但uint32_t在啥機器上都是32位長的，有時候需求就是 這樣，就需要用這種數據類型了。

還有就是Linux系統函數調用失敗，大多數時候都會erron賦一個整數值，這個整數值可以 表示不同的錯誤原因，可以在終端下運行man errno來查看詳細，另外好多系統函數都可以 用man來查看幫助的，有的里面還有使用示例的，是學習linux編程的很好的工具。

還有一些系統函數設計的挺好，我總結了一些慣用法吧算是，自己設計函數也可以學習

第一個是通過指針參數來獲取數據，因為好多函數的返回值是int類型，表示函數調用 是否成功，或錯誤碼，而這個函數本身的任務還要返回一些實質的信息，這時候就可以 通過參數來填充數據，讓調用者拿到，比如accept函數的使用 (簡化后的偽代碼，不能執行):

struct sockaddr_in client;
if (accept(listenfd, &client) >= 0) {
    printf("%s\n", client);
}

 

這樣我們調用一次函數，既能知道有沒有調用成功，成功的話又能拿到客戶端的描述符, 以及對端的網絡地址。

第二個是C沒有類和對象的概念，但也可以模擬出來類似的概念，比如網絡編程，通過 socket函數創建一個描述符，比如說是fd，其實這就相當於一個類的實例，一個對象了， 然后調用read(fd),send(fd),close(fd)等函數來操作它，和面向對象里用fd.read(), fd.send(),fd.close()只是用法不同而已，所以寫C是能用得到一些面向對象的思想的。

第三個是在Linux里好多東西可以用描述符來表示，比如文件，硬件端口，網絡連接等， 然后可以針對描述符調用read,write等操作，這個是個很好的抽象，可以使用很簡單的 幾個接口來實現很強大的功能，在寫自己的C軟件時也可以借鑒這個思路。就是先建立一個 概念，然后寫很多的函數來操作這個概念，而不是建立很多的概念，大家記不住的。

第四個是，C其實沒有太多的類型檢查功能，表示復雜的數據都用struct表示，而不同的 struct是可以強轉的，所以可以用帶標志的struct來表達類似面向對象多態的概念，如 bind函數需要一個struct sockaddr的參數，但ipv4和ipv6的地址分別用 struct sockaddr_in和struct sockaddr_in6表示，感覺就相當於struct sockaddr的兩個 子結構，這樣bind函數就使用父結構struct sockaddr來同時支持ipv4和ipv6了。 需要注意子結構和父結構的標志成員要放在最前面，這樣子結構轉成父結構時，父結構 才能正確的讀出標志，從而在具體使用時強轉為合適的子結構。

就這樣了，Linux編程入門我知道的就這些，更多可看《Unix環境高級編程》

socket基礎

先學一些socket客戶端編程來熟悉socket編程吧, 要連接到遠程主機，首要要 有個遠程主機的地址，一個遠程主機的地址包含對方的IP和端口，有時候我們 只知道對方的域名，所以首先要解析出IP來，好多書上都是用gethostbyname來解析域名 的，但它過時了，不支持ipv6，而且參數不支持ip格式的字符串，返回的地址必須拷貝 后才能使用，否則同線程再調用一次該函數那地址就變了，總之是一個過時的函數了。

現在比較國際范的函數是getaddrinfo，可以通過man查它的用法，

int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
                const struct addrinfo *hints,
                struct addrinfo **res);

 

該函數同時支持 ipv4和v6，然后host支持域名也支持ip格式的字符串，hints用來設置 查詢的一些條件，result用來獲取查詢到的結果，他是一個指向指針的指針類型。

這相當也是一個慣用法了，一個參數用來說明調用需求，一個指針參數來獲取返回數據。 像select就是調用需求和返回數據都是一個參數來表示，但像pool就是調用需求和返回 用兩個參數了，更明確，前一個是const，后一個是指針。具體使用示例如下：

struct addrinfo* get_addr(const char *host, const char *port){
    struct addrinfo hints;     // 填充getaddrinfo參數
    struct addrinfo *result;   // 存放getaddrinfo返回數據

    memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
    hints.ai_family = AF_UNSPEC;
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hints.ai_flags = 0;
    hints.ai_protocol = 0;

    if(getaddrinfo(host, port, &hints, &result) != 0) {
        printf("getaddrinfo error");
        exit(1);
    }
    return result;
}

 

對了，getaddrinfo返回的result指向的內存是系統分配的，用完了要調用 freeaddrinfo去釋放內存的。其實getaddrinfo的內部實現挺復雜的，調用了一堆ga開頭 的函數，而且struct addrinfo其實也蠻復雜的，里面有好多信息，但用好它是寫出 同時支持ipv4,ipv6網絡程序的關鍵。

創建socket, 要熟悉下family,socktype,protocol等概念和取值，查man吧

int create_socket(const struct addrinfo * result) {
    int fd;

    if ((fd = socket(result->ai_family, result->ai_socktype, result->ai_protocol)) == -1) {
        printf("create socket error:%d\n", fd);
        exit(-1);
    }
    printf("cerate socket ok: %d\n", fd);
    return fd;
}

 

連接目標主機, 這里其實就是要三步握手了，有幾個常見的錯誤，可以通過檢測errno來 讀取，如ETIMEDOUT表示建立連接超時，就是發出去sync沒人搭理，或ECONNREFUSED表示 對方端口沒開，發過去的sync直接被對方發了個rst回來，或EHOSTUNREACH表示對方機器 沒開或宕機了，因為ICMP包返回錯誤了。

int connect_host(int fd, const struct addrinfo* addr) {
    if (connect(fd , addr->ai_addr, addr->ai_addrlen) == -1) {
        printf("connect error.\n");
        exit(-1);
    }
    printf("collect ok\n");
    return 0;
}

 

我們要做一個HTTP客戶端，類似curl，要拼一個HTTP請求發送給遠程主機，拼包用 snprintf雖然弱了一點，但也是最容易理解的，先用着。要留意格式化后的字符串大小 別超過緩沖區大小，當然了指定了長度不會溢出，但超過后會截斷，如果HTTP請求丟失 了最后的兩對\r\n，服務端就不知道客戶端發送完數據了, 所以這里邊界處理要十分 小心，可能我這里寫的還有BUG。

還有就是數據大的話send一次可能發送不完，這里先簡單粗暴處理了一下，真實程序的 話要把剩下的半拉重新拷貝個buf發出去的。

int get_send_data(char * buf, size_t buf_size, const char* host) {
    const char *send_tpl;                        // 數據模板，%s是host占位符 
    size_t to_send_size;                         // 要發送到數據大小 

    send_tpl = "GET / HTTP/1.1\r\n"
               "Host: %s\r\n"
               "Accept: */*\r\n"
               "\r\n\r\n";

    // 格式化后的長度必須小於buf的大小，因為snprintf會在最后填個'\0'
    if (strlen(host) + strlen(send_tpl) - 2 >= buf_size) { // 2 = strlen("%s")
        printf("host too long.\n");
        exit(-1);
    }

    to_send_size = snprintf(buf, buf_size, send_tpl, host);
    if (to_send_size < 0) {
        printf("snprintf error:%s.\n", to_send_size);
        exit(-2);
    }

    return to_send_size;
}

int send_data(int fd, const char *data, size_t size) {
    size_t sent_size;
    printf("will send:\n%s", data);
    sent_size = write(fd, data, size);
    if (sent_size < 0) {
        printf("send data error.\n");
        exit(-1);
    }else if(sent_size != size){
         printf("not all send.\n");
         exit(-2);
    }
    printf("send data ok.\n");
    return sent_size;
}

 

完了收數據，我們只取HTTP應答第一行就好了，然后關閉連接。協議解析也簡單粗暴 找到\r\n就停止，真實程序可能要寫個狀態機來解析了。

int recv_data(int fd, char* buf, int size) {
    int i;
    int recv_size = read(fd, buf, size);
    if (recv_size < 0) {
        printf("recv data error:%d\n", (int)recv_size);
        exit(-1);
    }
    if (recv_size == 0) {
        printf("recv 0 size data.\n");
        exit(-2);
    }
    // 只取HTTP first line
    for (i = 0; i < size - 1; i++) {
        if (buf[i] == '\r' && buf[i+1] == '\n') {
            buf[i] = '\0';
        }
    }
    printf("recv data:%s\n", buf);
}

int close_socket(int fd) {
    if(close(fd) < 0){
         printf("close socket errors\n");
         exit(-1);
    }
    printf("close socket ok\n");
}

 

最后用main函數把他們串起來

int main(int argc, const char *argv[])
{
    const char* host = argv[1];                  // 目標主機
    char send_buff[SEND_BUF_SIZE];               // 發送緩沖區
    char recv_buf[RECV_BUFF_SIZE];               // 接收緩沖區
    size_t to_send_size = 0;                     // 要發送數據大小 
    int client_fd;                               // 客戶端socket
    struct addrinfo *addr;                       // 存放getaddrinfo返回數據

    if (argc != 2) {
        printf("Usage:%s [host]\n", argv[0]);
        return 1;
    }


    addr = get_addr(host, "80");
    client_fd = create_socket(addr);
    connect_host(client_fd, addr);
    freeaddrinfo(addr);

    to_send_size = get_send_data(send_buff, SEND_BUF_SIZE, host);
    send_data(client_fd, send_buff, to_send_size);

    recv_data(client_fd, recv_buf, RECV_BUFF_SIZE);

    close(client_fd);
    return 0;
}

 

小結

多看，多寫，多練，肯定能熟悉C語言的，我現在看好多C的書都能看懂了。