从零开始C++游戏开发之第九篇：网络通信的基础实现

在现代游戏开发中，网络通信是一项核心技术，尤其是对于棋类游戏而言。无论是玩家之间的对战，还是与服务器的实时数据交互，网络通信的设计和实现都直接影响到游戏的性能和体验。

作为一名开发者，初次面对网络通信可能会感到陌生或复杂。然而，通过合理的设计和分步实现，你会发现网络通信不仅并非难以掌控，还能为你的游戏增添更多的互动乐趣。在本篇中，我们将从基础开始，介绍网络通信的核心概念，并实现一个简单的通信系统。

网络通信的核心概念

在开始实现之前，我们需要了解以下几个关键概念：

1. 客户端与服务器模型

客户端：运行在玩家设备上的程序，负责发送请求和接收服务器的响应。
服务器：负责处理来自多个客户端的请求，并广播游戏状态。

2. 通信协议

通信协议定义了客户端与服务器之间如何交互，包括：

数据格式（如 JSON、Protobuf）
数据传输方式（如 TCP、UDP）

3. 同步与异步

同步通信：请求发送后等待响应，操作会阻塞。
异步通信：请求发送后立即返回，响应通过回调或事件处理。

网络通信的基础实现

我们将使用 c++ 中的 socket 编程实现一个简单的客户端与服务器通信。

1. 服务器实现

服务器端接收客户端的连接请求，并处理其发送的数据。

示例代码：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

const int PORT = 8080;
const int BUFFER_SIZE = 1024;

void startServer() {
    int server_fd, client_fd;
    struct sockaddr_in address;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 创建套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("Socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 配置地址和端口
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("Listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    cout << "服务器正在监听端口 " << PORT << endl;

    // 接受客户端连接
    socklen_t addrlen = sizeof(address);
    if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, &addrlen)) < 0) {
        perror("Accept failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 处理客户端消息
    read(client_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
    cout << "客户端发送: " << buffer << endl;
    send(client_fd, "消息已收到", strlen("消息已收到"), 0);

    close(client_fd);
    close(server_fd);
}

int main() {
    startServer();
    return 0;
}

2. 客户端实现

客户端连接到服务器，并发送一条消息。

示例代码：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

const char* SERVER_IP = "127.0.0.1";
const int PORT = 8080;
const int BUFFER_SIZE = 1024;

void startClient() {
    int sock;
    struct sockaddr_in server_address;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_port = htons(PORT);

    // 将 IP 地址转换为二进制
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_address.sin_addr) <= 0) {
        perror("Invalid address/Address not supported");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address)) < 0) {
        perror("Connection failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送消息
    const char* message = "你好，服务器！";
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    cout << "消息已发送: " << message << endl;

    // 接收服务器响应
    read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
    cout << "服务器响应: " << buffer << endl;

    close(sock);
}

int main() {
    startClient();
    return 0;
}

3. 运行与测试

测试步骤：

编译并运行服务器代码，确保服务器在监听。
启动客户端代码，连接服务器并发送消息。
检查服务器端和客户端的控制台输出，验证通信是否成功。

设计优化建议

1. 多线程支持

为了支持多个客户端，可以在服务器端引入多线程，每个线程处理一个客户端。

示例代码（伪代码）：

void handleClient(int client_fd) {
    // 处理单个客户端的逻辑
}

while (true) {
    int client_fd = accept(server_fd, ...);
    thread clientThread(handleClient, client_fd);
    clientThread.detach();
}