構造体配列の扱い方 格納と削除

Question

前提

チャットのサーバー側の処理を作成しています。
ソケット通信で取得した、クライアントの情報を格納する配列(struct Client　clients[MAX_CONNECTIONS];)を定義しています。
配列内の、クライアント情報のポインタ(struct Client)は、接続時に、mallocで動的に割り当てています。

実現したいこと

クライアントが接続してきたら、配列にユーザー情報を格納、切断した場合ユーザー情報削除をしたいです。
どのような実装が最適でしょうか？また、下記のような実装でも問題はないでしょうか？

該当のソースコード

#define MAX_CONNECTIONS 100

〜省略
// クライアントの情報の構造体
struct Client
{
	int socket; //　acceptで得たソケット
	pthread_t thread; // ユーザーのスレッド
　　int number; // Client *clientsの配列の添字
	char *name; //　登録した名前
	bool is_registered; // 登録したかどうか
};

struct Clients
{
	struct Client *clients[MAX_CONNECTIONS]; //クライアント情報を格納する構造体のポインタ配列
	int count; //現在の接続数
};
〜省略


/// ソースコード全文
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>

#define USEAGE "Usage: chat_server -p PORT\n"
#define MAX_CONNECTIONS 100

struct Client
{
	int socket;
	pthread_t thread;
	int number;
	char *name;
	bool is_registered;
};

struct Clients
{
	struct Client *clients[MAX_CONNECTIONS];
	int count;
};

static int listen_requests(int listen_port);
static void *recv_message(void *void_client);
static void analysis_message(char *message, struct Client *client);
static bool has_name(char *name);
static int push_client(struct Client *client);
static void send_message(struct Client *client, char *message);
static void broadcast_message(struct Client *client, char *message);
static void *xmalloc(size_t size);
static void free_client(struct Client *client);
static void die(char *message);

static struct Clients clients_info = {0};
static pthread_mutex_t mutex;

int main(int argc, char *argv[])
{
	int port, c, socket_fd, c_socket_fd;

	if (argc < 3)
	{
		fprintf(stderr, USEAGE);
		exit(1);
	}

	while ((c = getopt(argc, argv, "p:")) != -1)
	{
		switch (c)
		{
		case 'p':
			port = atoi(optarg);

			if (port < 1024 || port > 65535)
			{
				fprintf(stderr, "ポート番号は、1024から65535の間で指定してください。\n");
				exit(1);
			}
			break;
		case '?':
			fprintf(stderr, USEAGE);
			exit(1);
		}
	}
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
	socket_fd = listen_requests(port);

	while (1)
	{
		if ((c_socket_fd = accept(socket_fd, NULL, NULL)) == -1)
			die("accept(2)");

		struct Client *client = NULL;
		client = xmalloc(sizeof(struct Client));
		memset(client, 0, sizeof(struct Client));

		client->socket = c_socket_fd;
		client->name = NULL;
		client->is_registered = false;
		client->number = push_client(client);

		pthread_create(&client->thread, NULL, recv_message, client);
		pthread_detach(client->thread);
	}

	pthread_mutex_destroy(&mutex);

	return 0;
}

static void *recv_message(void *void_client)
{
	struct Client *client = void_client;
	int recv_size;
	char recv_buf[1024];
	char *send_text;

	printf("%d\n", client->number);

	while (1)
	{
		recv_size = recv(client->socket, recv_buf, sizeof recv_buf, 0);
		if (recv_size == -1)
			die("recv");
		else if (recv_size == 0)
		{

			send_text = xmalloc(strlen(client->name) + 100);
			sprintf(send_text, "MESSAGE %sさんが、チャットから退出しました。\n", client->name);
			broadcast_message(client, send_text);
			free(send_text);
			free_client(client);
			return NULL;
		}
		else
			analysis_message(recv_buf, client);
	}

	return NULL;
}

static void analysis_message(char *message, struct Client *client)
{
	char *method;
	char *send_text;
	char *m;
	char *tmp;

	tmp = xmalloc(strlen(message) + 1);
	strcpy(tmp, message);
	printf("%s\n", message);

	/*
	chat プロトコル

	ユーザー登録
	"CONNECT username",
	"CONNECT statuscode status_message"
	メッセージ送信・受信
	"MESSAGE (BODY)"

	*/

	m = strchr(message, ' ');
	*m++ = '\0';
	method = xmalloc(m - message);

	strcpy(method, message);
	// message = m;

	if (!strcmp("CONNECT", method) && !client->is_registered)
	{
		if (!has_name(m))
		{
			pthread_mutex_lock(&mutex);
			client->name = xmalloc(strlen(m) + 1);
			strcpy(client->name, m);
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
			client->is_registered = true;
			send_text = xmalloc(strlen("CONNECT 200 OK") + 1);
			strcpy(send_text, "CONNECT 200 OK");
			send_message(client, send_text);
			send_text = realloc(send_text, strlen(client->name) + 100);
			if (send_text == NULL)
				die("realloc(3)");
			sprintf(send_text, "MESSAGE %sさんが、チャットに参加しました。\n", client->name);
			broadcast_message(client, send_text);
			free(send_text);
		}
		else
		{
			send_text = xmalloc(strlen("CONNECT 400 The name is exists") + 1);
			strcpy(send_text, "CONNECT 400 The name is exists");
			send_message(client, send_text);
			free(send_text);
		}
	}
	else if (!strcmp("MESSAGE", method) && client->is_registered)
	{
		send_text = xmalloc(strlen(m) + 1);
		strcpy(send_text, tmp);
		broadcast_message(client, send_text);
		free(send_text);
	}
	// else
	// {
	// }

	printf("%s\n", method);
	free(tmp);
	free(method);
}

static int listen_requests(int listen_port)
{
	int socket_fd;
	struct sockaddr_in addr;

	socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	if (socket_fd < 0)
		die("socket(2)");

	addr.sin_family = AF_INET;				 // インターネットドメイン(IPv4)
	addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 全てのアドレスからの接続を受け入れる(=0.0.0.0)
	addr.sin_port = htons(listen_port);

	if (bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == -1)
		die("bind(2)");

	if (listen(socket_fd, MAX_CONNECTIONS) == -1)
		die("listen(2)");

	return socket_fd;
}

static int push_client(struct Client *client)
{
	int client_num, i;

	pthread_mutex_lock(&mutex);

	for (i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++)
	{
		if (clients_info.clients[i] == NULL)
		{
			clients_info.clients[i] = client;
			client_num = i;
			break;
		}
	}

	clients_info.count++;

	pthread_mutex_unlock(&mutex);

	return client_num;
}

static bool has_name(char *name)
{
	int i;
	pthread_mutex_lock(&mutex);

	for (i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++)
	{
		if (clients_info.clients[i] != NULL && clients_info.clients[i]->name != NULL)
		{
			if (!strcmp(clients_info.clients[i]->name, name))
				return true;
		}
	}

	pthread_mutex_unlock(&mutex);

	return false;
}

static void send_message(struct Client *client, char *message)
{
	ssize_t size;

	pthread_mutex_lock(&mutex);

	size = send(client->socket, message, strlen(message) + 1, 0);

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	if (size < 0)
		die("send(2)");
}

static void broadcast_message(struct Client *client, char *message)
{
	int i;

	pthread_mutex_lock(&mutex);

	for (i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++)
	{
		if (clients_info.clients[i] != NULL)
		{
			ssize_t size;

			size = send(clients_info.clients[i]->socket, message, strlen(message) + 1, 0);
			if (size < 0)
				die("send(2)");
		}
	}

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

static void free_client(struct Client *client)
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	clients_info.clients[client->number] = NULL;
	clients_info.count--;
	free(client->name);
	free(client);
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

static void *xmalloc(size_t size)
{
	void *p;
	p = malloc(size);

	if (!p)
		die("malloc(3)");

	return p;
}

static void die(char *message)
{
	perror(message);
	exit(1);
}

考えたこと

私が、考えたのは、ユーザー情報を格納した配列の添字を覚えておき、削除するときは、freeでクライアント情報のメモリを開放、クライアント情報の配列の記憶した添字番号に格納されているポインタを0で上書きする。
配列内に情報を格納するときは、for文で、ポインタが初期化されている要素を探し、空いていれば格納する。

というように考えています。

Comments

[jimbe]

実装と言って宣言だけ出されても何も分かりません。
省略された部分に考えたことが全て書かれており、動作させて問題が発生したのでしたら、その問題をお書きください。

[Patao_program]

説明不足で、申し訳ありません。

実際には、まだコードとしては、配列へのクライアント情報の格納と削除の箇所は、書いてはいません。
実装するときの、考え方としてあっているのかを確かめたかったです。

[jimbe]

チャットのサーバで何が最適かを知っている人はいないでしょう。(目玉焼きは何が最適かと似たようなことです。)
プログラムはデータ構造とコードの双方が噛み合って意味があるもので、一方が良くても他方がダメなら両方ダメと同じです。
情報の格納と削除の方法を最適かと判断するには、それらを行うタイミングや必要な情報等が関わります。
極一部の考え方だけ問題が無かったとしても、他で問題があれば全体として動作しないでしょうし、実装に問題があったり使い方を間違えていれば動作しないでしょう。
そもそも何故この配列が必要なのでしょうか。

本当に極一部だけの問題で、チャット云々は関係無くもっと一般化して可変長配列を c でとか言うお話なら、質問内容をそのようにされたほうが良いと思います。

[Zuishin]

「添字を覚えておき」というのがネックになりはしないでしょうか。
セッション情報をクッキーに保存し、配列の代わりに連想配列を使う方がなにかと便利そうです。
仮に 10 番のユーザーがログアウトし、空いた 10 番に別のユーザーがログインした後、前の 10 番が再び接続してきた場合、それらを区別するのは数値の添字では不十分になるかもしれません。

[Patao_program]

jimbeさん
>本当に極一部だけの問題で、チャット云々は関係無くもっと一般化して可変長配列を c でとか言うお話なら、質問内容をそのようにされたほうが良いと思います。
極一部の問題でしたので、そのほうが、良かったです。
Zuishinさん
>仮に 10 番のユーザーがログアウトし、空いた 10 番に別のユーザーがログインした後、前の 10 番が再び接続してきた場合、それらを区別するのは数値の添字では不十分になるかもしれません。
切断時に、10番の情報は完全に削除し、前の10番には、新たな接続時に、新たな添字が割り当てるようにしているので、添字で管理しても、問題はないと思いました。

[Zuishin]

何も問題ないと思っているなら、聞かずに実装すべきなのでは？
質問はなんでしょう？

[jimbe]

サーバのメイン構造が(よくある)『 accept してソケットをスレッド(orプロセス)に任せてまた accept 待ちに戻る』の繰り返しであれば、ソケットも登録のフラグもスレッドの参照も保持は不要でしょう。
後はユーザ名の保持をどうするかだけで、ソケット毎のスレッドが使うだけであればそちらに持たせればよいわけで、サーバ(プロセス)が持つ必要は無いのでは。

[Patao_program]

実装について、確信がないので、質問してます。

[jimbe]

やり方は人各々ではありますが、 teratail は、まず自身でやってみて具体的な問題があったら質問する形が推奨されています。

[Zuishin]

問題ないという確信があるようなので聞いています。

[Patao_program]

登録フラグは、名前があるかで判断できるので、いらなかったですね。
スレッドに関しても、いらないですね。
ソケットは、複数人チャットを想定していて、送信処理するときに、他のユーザーのソケットを知る必要があるので、保持する必要性はあるのではないでしょか？

[Patao_program]

>具体的な問題があったら質問する形が推奨されています。
それは、知りませんでした。

[jimbe]

>ソケットは、複数人チャットを想定していて、送信処理するときに、他のユーザーのソケットを知る必要がある

名前を指定して(他人に見せずに)直接送る感じの機能でしょうか。
その仕様は知りませんでした。
ただその為に直接ソケットを使ってしまうと、ストリーム上で他の人の発言と(バイト単位で)混ざってしまいそうですが、大丈夫でしょうか。

Answer 1

私が、考えたのは、...

それで問題ないと思います。配列の添字はスレッドに渡しておけばいいですね。
C++ を使っていいのでしたら、配列ではなく std::vector<std::unique_ptr<Client>> にするとより簡単でしょう。