面试题：C语言UDP编程中如何处理粘包问题

粘包产生的原因

UDP 自身特点：UDP 是面向无连接的协议，它在发送数据时不会考虑数据边界。当应用层连续发送多个 UDP 数据包时，这些数据包在网络传输过程中可能会因为网络的一些机制（如 MTU 限制、网络拥塞等）而出现合并或拆分的情况。例如，两个较小的 UDP 数据包可能会被合并成一个较大的数据包发送，接收端在接收时就会收到“粘在一起”的数据，这就产生了粘包问题。
接收缓冲区处理不当：如果接收端的缓冲区设置不合理，当接收的数据量大于缓冲区大小且处理不及时时，后续的数据可能会覆盖前面未处理完的数据，也会导致数据看起来像是粘在一起的。

解决粘包问题的方法及示例

定长包：
- 原理：在发送数据前，将每个数据包的长度固定为一个特定的值。接收端按照这个固定长度来读取数据，每次读取固定长度的数据作为一个完整的数据包。
- C 代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FIXED_PACKET_SIZE 100

void send_fixed_packet(int sockfd, const char *msg) {
    char packet[FIXED_PACKET_SIZE];
    memset(packet, 0, FIXED_PACKET_SIZE);
    strncpy(packet, msg, FIXED_PACKET_SIZE - 1);
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    sendto(sockfd, (const char *)packet, FIXED_PACKET_SIZE, MSG_CONFIRM, (const struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
}

void receive_fixed_packet(int sockfd) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);
    memset(&cliaddr, 0, sizeof(cliaddr));
    while (1) {
        recvfrom(sockfd, (char *)buffer, FIXED_PACKET_SIZE, MSG_WAITALL, (struct sockaddr *) &cliaddr, &len);
        buffer[FIXED_PACKET_SIZE - 1] = '\0';
        printf("Received message: %s\n", buffer);
    }
}

int main() {
    int sockfd;
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char *message = "Hello, this is a fixed - length packet";
    send_fixed_packet(sockfd, message);
    printf("Message sent.\n");

    receive_fixed_packet(sockfd);

    close(sockfd);
    return 0;
}

包头 + 包体：
- 原理：在每个数据包前加上一个包头，包头中包含该数据包的长度等信息。接收端先接收包头，解析出数据包的长度，然后再按照这个长度接收包体数据。
- C 代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

typedef struct {
    uint16_t length;
    char data[BUFFER_SIZE - sizeof(uint16_t)];
} Packet;

void send_header_body_packet(int sockfd, const char *msg) {
    Packet packet;
    packet.length = htons(strlen(msg));
    strncpy(packet.data, msg, strlen(msg));

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    sendto(sockfd, &packet, sizeof(Packet), MSG_CONFIRM, (const struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
}

void receive_header_body_packet(int sockfd) {
    Packet packet;
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);
    memset(&cliaddr, 0, sizeof(cliaddr));
    while (1) {
        recvfrom(sockfd, &packet, sizeof(Packet), MSG_WAITALL, (struct sockaddr *) &cliaddr, &len);
        packet.data[ntohs(packet.length)] = '\0';
        printf("Received message: %s\n", packet.data);
    }
}

int main() {
    int sockfd;
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DUDP, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char *message = "Hello, this is a header - body packet";
    send_header_body_packet(sockfd, message);
    printf("Message sent.\n");

    receive_header_body_packet(sockfd);

    close(sockfd);
    return 0;
}

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