網路中的圖片傳輸

MElephant發表於2023-03-26

網路中的圖片傳輸

前言

一張圖片經過網路從主機 A 傳輸到主機 B，主機 B 在收到這張圖片後將其儲存在本地，對應步驟為：

讀：主機 A 讀取待傳輸的圖片資料
傳：主機 A 透過 Socket 將圖片傳輸給主機 B
寫：主機 B 在收到圖片資料後，將其儲存在本地

我們來思考這樣幾個問題：

圖片資料要以怎樣的形式在網路中進行傳輸？
對端收到資料後怎要確保是否接收完畢？
怎樣確保圖片檔案可以在網路上正確傳輸？

為解決這些問題，我們可以從傳送的資料格式入手，收發雙方約定使用如下格式進行資料傳輸：

POST /Picture HTTP/1.1
Host: IP:埠號
Content-Length: 資料長度

資料內容

而對於資料內容，可以考慮使用 JSON 格式：

{
    "imageName" : "test.png",
    "imageSize" : 4,
    "imageData" : "abcd"
}

這樣就構成了一條資料，以主機 A(192.168.3.60) 向主機 B(192.168.3.66) 的 5073 埠傳送資料為例，其完整格式為：

POST /Picture HTTP/1.1
Host: 192.168.3.66::5073
Content-Length: 83

{
    "imageName" : "test.png",
    "imageSize" : 4,
    "imageData" : "abcd"
}

主機 B 在收到主機 A 資料後，根據報文頭部的長度 + Content-Length 對應的值，便可以輕鬆得到此次接收的資料總長度。全部接收完畢後將 imageData 值解析出來儲存在本地即可，而對於 JSON 字元的解析操作，可以考慮使用輕量級的 cJSON 解析器。

但是還有一個問題，我們知道，在一張圖片資料中存在大量的不可見字元，當不可見字元在網路上傳輸時，往往要經過多個路由裝置，由於不同的裝置對不可見字元的處理方式有一些不同，這樣那些不可見字元就有可能被處理錯誤，這是不利於傳輸的。

那麼怎樣確保圖片資料被正確傳輸了呢？答案就是使用 Base64。

接下來我們就「圖片讀寫操作、Base64、cJSON 和 Socket 程式設計」來完成網路中圖片的傳輸。

一、圖片讀寫操作

在正式開始圖片讀寫之前，我們先來看下與檔案讀寫相關的一些函式。

1.1 fopen 和 fclose函式

1.1.1 fopen 函式介紹

函式原型：FILE *fopen( const char *fileName, const char *mode );

引數介紹：

fileName：檔名，可以包含路徑和檔名兩部分

mode：表示開啟檔案的型別，關於檔案型別的規定參見下表：

訪問模式	描述
r	開啟一個已有的文字檔案，允許讀取檔案
w	開啟一個文字檔案，允許寫入檔案如果檔案存在，則該檔案會被截斷為零長度，重新寫入如果檔案不存在，則會建立一個新檔案
a	開啟一個文字檔案，以追加模式寫入檔案如果檔案不存在，則會建立一個新檔案
r+	開啟一個文字檔案，允許讀寫檔案
w+	開啟一個文字檔案，允許讀寫檔案如果檔案已存在，則檔案會被截斷為零長度，重新寫入如果檔案不存在，則會建立一個新檔案
a+	開啟一個文字檔案，允許讀寫檔案如果檔案不存在，則會建立一個新檔案讀取會從檔案的開頭開始，寫入則只能是追加模式。

如果處理的是二進位制檔案，則需使用下面的訪問模式來取代上面的訪問模式：

"rb", "wb", "ab", "rb+", "r+b", "wb+", "w+b", "ab+", "a+b"

返回值：如果成功的開啟一個檔案，返回檔案指標；否則返回空指標。

1.1.2 fclose 函式介紹

函式原型：int fclose(FILE *fp);

fclose 函式用來關閉一個由 fopen 函式開啟的檔案。該函式返回一個整型數：

當檔案關閉成功時，返回0
否則返回一個非零值

FILE *fp = fopen(fileName, "r");
fclose(fp);

1.2 fseek 和 ftell 函式

對於檔案的讀寫方式，C 語言不僅支援簡單地順序讀寫方式，還支援隨機讀寫（即只要求讀寫檔案中某一指定的部分）。相比於順序讀寫，隨機讀寫需要將檔案指標移動到需要讀寫的位置再進行讀寫操作，這通常也被稱為檔案的定位。

對於檔案的定位，可以透過 fseek 與 ftell 函式來完成。

1.2.1 fseek 函式介紹

函式原型：int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);

引數介紹：

fp：檔案指標
offset：偏移量，表示要移動的位元組數。正數表示正向偏移，負數表示負向偏移
whence：表示設定從檔案的哪裡開始偏移，取值範圍如下表所示

起始點宏值

檔案首 SEEK_SET 0

當前位置 SEEK_CUR 1

檔案末尾 SEEK_END 2

起始點	宏	值
檔案首	SEEK_SET	0
當前位置	SEEK_CUR	1
檔案末尾	SEEK_END	2

返回值：

如果該函式執行成功則返回 0，並將 fp 指向以 whence 為基準，偏移 offset 個位元組的位置
如果該函式執行失敗則返回 -1，並設定 errno 的值，但並不改變 fp 指向的位置

透過 offset 和 whence 引數，可精準調節檔案指標的位置。

/*將讀寫位置正向偏移至離檔案開頭 100 位元組處*/
fseek(fp, 100L, SEEK_SET);

/*將讀寫位置正向偏移至離檔案當前位置 100 位元組處*/
fseek(fp, 100L, SEEK_CUR);

/*將讀寫位置負向偏移至離檔案結尾 100 位元組處*/
fseek(fp, -100L, SEEK_END);

/*將讀寫位置移動到檔案的起始位置*/
fseek(fp, 0L, SEEK_SET);

/*將讀寫位置移動到檔案尾*/
fseek(fp, 0L, SEEK_END);

1.2.2 ftell 函式介紹

函式原型：long ftell(FILE *fp);

引數介紹：fp：檔案指標

返回值：該函式用於得到檔案指標當前位置相對於檔案首的偏移位元組數。

透過聯動 fseek 和 ftell 可以很方便的獲取檔案大小：

long GetFileLength(FILE *fp)
{
    long curpos = 0L;
    long length = 0L;

    curpos = ftell(fp);             // 儲存fp相對於檔案首的偏移量
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);        // 將fp移動到檔案尾
    length = ftell(fp);             // 統計檔案大小
    fseek(fp, curpos, SEEK_SET);    // 將fp歸位
    
    return length;
}

1.3 fread 和 fwrite 函式

1.3.1 fread 函式介紹

函式原型：size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *fp);

引數介紹：

buffer：讀入資料的儲存地址
size：每個資料的大小，單位是位元組
count：讀取的資料個數
fp：待讀取的檔案指標

返回值：fread() 返回實際讀取的元素個數

Notes：

fread 可以讀二進位制檔案

可透過比較實際讀取的元素個數和預想的個數，來判斷檔案是否被正確讀取。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

long GetFileLength(FILE *fp)
{
    long curpos = 0L;
    long length = 0L;

    curpos = ftell(fp);          // 儲存fp相對於檔案首的偏移量
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);     // 將fp移動到檔案尾
    length = ftell(fp);          // 統計檔案大小
    fseek(fp, curpos, SEEK_SET); // 將fp歸位

    return length;
}
int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "rb+"); // test.txt中的檔案內容為：0123456789

    // 獲取檔案大小
    int length = GetFileLength(fp); // length = 10

    // 申請一塊能裝下整個檔案的空間
    char *buffer = (char *)malloc(sizeof(char) * length);
    int size = sizeof(char);   // 每次讀取1個位元組
    int count = length / size; // 讀取10次

    int readLen = fread(buffer, size, count, fp); // 如果readLen=count=10，則讀取成功
    if (readLen != count) // 判斷實際讀取的元素個數readLen和預想的個數count是否相等
    {
        printf("fread error.\n");
    }

    printf("[%s](%d)\n", buffer, readLen);
    fclose(fp);
    return 0;
}

1.3.2 fwirte 函式介紹

函式原型：size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *fp);

引數介紹：

buffer：指向資料塊的指標
size：每個元素的大小，單位是位元組
count：寫入的資料個數
fp：待寫入的檔案指標

返回值：成功寫入則返回實際寫入的資料個數，fwrite 的返回值隨著呼叫格式的不同而不同。

呼叫格式一：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "wb+");

    char buffer[] = "0123456789";
    int bufLen = strlen(buffer);    // bufLen = 10

    int size = sizeof(char);        // 每次寫入1個位元組
    int count = bufLen / size;      // 寫入10次
    int writeLen = fwrite(buffer, size, count, fp); // writeLen = count = 10

    fclose(fp);
    return 0;
}

呼叫格式二：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "wb+");

    char buffer[] = "0123456789";
    int bufLen = strlen(buffer);    // bufLen = 10

    int size = bufLen;              // 每次寫入bufLen個位元組，即將buffer一次性寫入
    int count = bufLen / size;      // 寫入1次
    int writeLen = fwrite(buffer, size, count, fp); // writeLen = count = 1

    fclose(fp);
    return 0;
}

1.4 圖片讀寫

1.4.1 readAndwrite.h

#ifndef __READANDWRITE_H__
#define __READANDWRITE_H__

int Read(const char *fileName, char **buffer);
int Write(const char *fileName, char *buffer, int length);

#endif

1.4.2 readAndwrite.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "readAndwrite.h"

/********************************************************
 * 函式功能：獲取檔案大小
 * 引數說明：fp 入參，表示檔案指標
 * 返 回 值：返回fp所指向的檔案大小
 *******************************************************/
static int GetFileLength(FILE *fp)
{
    long curpos = 0L;
    long length = 0L;

    curpos = ftell(fp);             // 儲存fp相對於檔案首的偏移量
    fseek(fp, 0L, SEEK_END);        // 將fp移動到檔案尾
    length = ftell(fp);             // 統計檔案大小
    fseek(fp, curpos, SEEK_SET);    // 將fp歸位
    
    return (int)length;
}

/********************************************************
 * 函式功能：以二進位制形式讀檔案
 * 引數說明：fileName 入參，表示待讀取的檔案
 *          buffer   出參，將讀取的檔案儲存在buffer中
 * 返 回 值：讀取成功則返回讀取的檔案大小，失敗返回 0
 *******************************************************/
int Read(const char *fileName, char **buffer)
{
    if (fileName == NULL || buffer == NULL)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Invalid param.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return 0;
    }

    FILE *fp = fopen(fileName, "rb");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Open fail(%s) error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, fileName);
        return 0;
    }

    int length = GetFileLength(fp);

    // 申請一塊能裝下整個檔案的空間
    (*buffer) = (char *)malloc(sizeof(char) * (length + 1));
    int size = fread(*buffer, sizeof(char), length, fp);
    if (size != length) // 透過比較實際讀取長度size和預期長度length，來判斷是否讀取成功
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Fail to call fread.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        fclose(fp);
        return 0;
    }

    fclose(fp);
    return size;
}

/********************************************************
 * 函式功能：以二進位制形式寫檔案
 * 引數說明：fileName 入參，表示檔案寫入的路徑
 *          buffer   入參，表示待寫入的檔案
 *          len      入參，表示buffer的大小
 * 返 回 值：寫入成功則返回實際寫入的長度，失敗返回 0
 *******************************************************/
int Write(const char *fileName, char *buffer, int length)
{
    if (fileName == NULL || buffer == NULL || length <= 0)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Invalid param.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return 0;
    }
    FILE *fp = fopen(fileName, "wb+");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Open fail(%s) error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, fileName);
        return 0;
    }

    int size = fwrite(buffer, sizeof(char), length, fp);
    if (size != length) // 透過比較實際寫入長度size和預期長度length，來判斷是否寫入成功
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Fail to call fwrite.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        fclose(fp);
        return 0;
    }
    fclose(fp);

    return size;
}

1.4.3 testReadAndWrite.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "readAndwrite.h"

#define FILE_READ_NAME "./image/wallpaper.png"
#define FILE_WRITE_NAME "./image/wallpaper_copy.png"

int main()
{
    char *buffer;
    int readLen = Read(FILE_READ_NAME, &buffer);
    if (readLen == 0)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Read error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        exit(0);
    }
    else
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Read succeed.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    }

    int writeLen = Write(FILE_WRITE_NAME, buffer, readLen);
    if (writeLen == 0)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Write error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        exit(0);
    }
    else
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Write succeed.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    }

    return 0;
}

1.4.4 Tutorial

目錄結構：

將 readAndwrite.h、readAndwrite.c 和 testReadAndWrite.c 置於 ReadingAndWriting 目錄下。
在 image 目錄下存在一張圖片 wallpaper.png
編譯、執行

透過列印的日誌資訊可以看出，圖片讀寫都成功了，下面我們透過檔案樹看一下是否真的成功了：

最後對比一下這兩個檔案的 md5sum 值：

二、Base64

2.1 何為 Base64

Base64 是一種基於 64 個可列印字元來表示二進位制資料的方法，這 64 個可列印字元包括：

大寫字母 A~Z
小寫字母 a~z
數字 0~9
+和/

2.2 為什麼要使用 Base64

我們知道一個位元組（1B = 8b）可表示的範圍是 0~255，其中 ASCII 值的範圍為 0~127（十六進位制：0x00~0x7F），而超過 ASCII 範圍的 128~255 之間的值是不可見字元。

ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美國資訊交換標準程式碼）是基於拉丁字母的一套電腦編碼系統，它主要用於顯示現代英語。

在 ASCII 碼中 0~31 和 127 是控制字元，共 33 個。以下是其中一部分控制字元：

其餘 95 個，即 32~126 是可列印字元，包括數字、大小寫字母、常用符號等：

當不可見字元在網路上傳輸時，往往要經過多個路由裝置，由於不同的裝置對不可見字元的處理方式有一些不同，這樣那些不可見字元就有可能被處理錯誤，這是不利於傳輸的。

而圖片檔案中就包含大量的不可見字元，所以我們想要在網路中正確傳遞圖片，就可以考慮使用 Base64：

對於待傳輸的圖片資料，可透過 Base64 將其編碼為可見字元在網路中傳輸
對端收到經 Base64 編碼的資料後，透過 Base64 編碼的逆過程，將其解碼為原圖片

2.3 Base64 詳解

2.3.1 前置知識

透過 2.1 我們知道，Base64 是一種基於 64 個可列印字元來表示二進位制資料的方法。由於 \(64=2^{6}\)，所以一個 Base64 字元實際上代表著 6 個二進位制位（bit，位元）。

在二進位制資料中，1 個位元組對應的是8位元（1B = 8b），而 3 個位元組有 24 個位元，正好對應於 4 個 Base64 字元，即 3 個位元組可由 4 個 Base64 字元來表示，相應的轉換過程如下圖所示：

前面 2.1 我們也提到了，Base64 包含 64 個可列印字元，相應的索引表如下：

等號=用來作為字尾用途。

2.3.2 Base64 編碼

瞭解完上述的知識，我們以編碼字串you為例，來直觀的感受一下編碼過程。

具體的編碼方式：

將每 3 個位元組作為一組，3 個位元組一共 24 個二進位制位
將這 24 個二進位制位分為 4 組，每個組有 6 個二進位制位，對應於 6 個 Base64 字元
每個 Base64 字元對應的將是一個小於 64 的數字，即為字元編號
最後根據索引表（圖 4），就得到了經 Base64 編碼後的字串

由圖可知，you（3 位元組）編碼的結果為eW91（4位元組）
很明顯經過 Base64 編碼後體積會增加 1/3

由於you這個字串的長度剛好是 3B，我們可以用 4 個 Base64 字元來表示。但如果待編碼的字串長度不是 3 的整數倍時，應該如何處理呢？

如果要編碼的位元組數不能被 3 整除，最後會多出 1 個或 2 個位元組，那麼可以使用下面的方法進行處理：先使用 0 位元組值在末尾補足，使其能夠被 3 整除，然後再進行 Base64 的編碼。

以編碼字元A為例，其所佔的位元組數為 1，不能被 3 整除，需要補 2 個 0 位元組，具體如下圖所示：

字元A經過 Base64 編碼後的結果是 QQ==
該結果後面的兩個 = 代表補足的位元組數

接著我們來看另一個示例，假設需編碼的字串為 BC，其所佔位元組數為 2，不能被 3 整除，需要補 1 個 0 位元組，具體如下圖所示：

字串BC經過 Base64 編碼後的結果是QkM=
該結果後面的 1 個=代表補足的位元組數

2.4 Base64 編解碼

2.4.1 base64.h

#ifndef __BASE64_H__
#define __BASE64_H__

char *Base64Encode(const char *str, int len, int *encodedLen);
int Base64Decode(const char *base64Encoded, char **base64Decoded);

#endif

2.4.2 base64.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "base64.h"

// 定義base64編碼表
static const char base64EncodeTable[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

/********************************************************
 * 函式功能：計算經過base64編碼後的新字串的長度
 * 引數說明：len 入參，表示待編碼的字串的長度
 * 返 回 值：返回經base64編碼後的新字串的長度
 *******************************************************/
static int Base64EncodeLen(int len)
{
    return (((len + 2) / 3) * 4);
}

/********************************************************
 * 函式功能：base64編碼，返回經base64編碼後的字串
 * 引數說明：str 入參，表示待編碼的字串
 *          len 入參，表示待編碼的字串的長度
 *          encodedLen 出參，儲存編碼後的字串的長度
 * 備   注：因str可能包含不可見字元及'\0'，所以引數len是必須的
 * 返 回 值：返回經base64編碼後的字串
 *******************************************************/
char *Base64Encode(const char *str, const int len, int *encodedLen)
{
    char *encoded = (char *)malloc(Base64EncodeLen(len) + 1);
    char *p = encoded;

    // str中，每3位為一組，經過base64後變成4位
    int i;
    for (i = 0; i < len - 2; i += 3)
    {
        // 取出第一個字元的前6位並找出對應的結果字元
        *p++ = base64EncodeTable[(str[i] >> 2) & 0x3F];

        // 將第一個字元的後2位與第二個字元的前4位進行組合並找到對應的結果字元
        *p++ = base64EncodeTable[((str[i] & 0x3) << 4) | ((str[i + 1] & 0xF0) >> 4)];

        // 將第二個字元的後4位與第三個字元的前2位組合並找出對應的結果字元
        *p++ = base64EncodeTable[((str[i + 1] & 0xF) << 2) | ((str[i + 2] & 0xC0) >> 6)];

        // 取出第三個字元的後6位並找出結果字元
        *p++ = base64EncodeTable[str[i + 2] & 0x3F];
    }
    if (i < len) // 如果 i < len，說明 i % 3 != 0，需要額外補充 '='
    {
        *p++ = base64EncodeTable[(str[i] >> 2) & 0x3F];
        if (i == (len - 1)) // 剩餘一個字元
        {
            *p++ = base64EncodeTable[((str[i] & 0x3) << 4)];
            *p++ = '=';
        }
        else if (i == len - 2) // 剩餘兩個字元
        {
            *p++ = base64EncodeTable[((str[i] & 0x3) << 4) | ((int)(str[i + 1] & 0xF0) >> 4)];
            *p++ = base64EncodeTable[((str[i + 1] & 0xF) << 2)];
        }
        *p++ = '=';
    }
    *p = '\0';
    *encodedLen = p - encoded;

    return encoded;
}

// 定義base64解碼錶，並將base64DecodeTable['=']置為0，便於統一處理編碼後存在'='號的情況
//根據 base64 編碼表，以字元找到對應的十進位制資料 
static const unsigned char base64DecodeTable[] = 
{
    64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 
    64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 
    64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 
    64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 
    64, 64, 64, 62, 64, 64, 64, 63, 52, 53, 
    54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 64, 64, 
    64,  0, 64, 64, 64,  0,  1,  2,  3,  4, 
     5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14,
    15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 
    25, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 26, 27, 28, 
    29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 
    39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 
    49, 50, 51, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64
};

/********************************************************
 * 函式功能：計算經base64解碼後的字串的最大長度
 * 引數說明：encoded 入參，表示經base64編碼後的字串
 *          len 出參，用於儲存encoded的長度
 * 返 回 值：返回經base64解碼後的新字串的最大長度
 * 備    注：忽略'='的影響
 *******************************************************/
static int Base64DecodeLen(const char *encoded, int *len)
{
    register const char *bufin = encoded;    // 宣告暫存器變數：直接儲存在CPU中的暫存器中的變數，頻繁呼叫時提高執行效率
    for (; base64DecodeTable[*bufin] <= 63;) // base64DecodeTable['\0'] = 64，該函式的作用其實等價於 strlen(encoded)
    {
        bufin++;
    }
    *len = bufin - encoded; // 獲取encoded的字元長度（包含'='）
    return (*len / 4) * 3;
}

/********************************************************
 * 函式功能：base64解碼
 * 引數說明：base64Encoded 入參，表示經base64編碼後的字串
 *          base64Decoded 出參，用於儲存解碼後的字串
 * 返 回 值：返回經base64解碼後的字串的實際長度
 * 備    注：1. 考慮'='的影響
 *           2. 由於經base64解碼後的字串可能包含不可見字元及'\0'，所以是有必要返回解碼後的字串長度的
 *******************************************************/
int Base64Decode(const char *base64Encoded, char **base64Decoded)
{
    int len;
    int decodedLen = Base64DecodeLen(base64Encoded, &len);
    if (len <= 0 || len % 4 != 0) // base64Encoded必須非空且長度為4的整倍數，才能進行後續的解碼操作
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Invalid param.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return 0;
    }

    char *decoded = (char *)malloc(decodedLen + 1);
    decoded[decodedLen] = 0;

    int i;
    char *bufout = decoded;
    for (i = 0; i + 3 < len; i += 4) // 以4個字元為一組進行解碼
    {
        // 取出當前組的「第1個字元對應base64解碼錶的十進位制數的後六位」與「第2個字元對應base64解碼錶的十進位制數的前兩位」進行組合
        *bufout++ = (char)(base64DecodeTable[base64Encoded[i]] << 2 | base64DecodeTable[base64Encoded[i + 1]] >> 4);

        // 取出當前組的「第2個字元對應base64解碼錶的十進位制數的後四位」與「第3個字元對應bas464解碼錶的十進位制數的前四位」進行組合
        *bufout++ = (char)(base64DecodeTable[base64Encoded[i + 1]] << 4 | base64DecodeTable[base64Encoded[i + 2]] >> 2);

        // 取出當前組的「第3個字元對應base64解碼錶的十進位制數的後兩位」與「第4個字元對應bas464解碼錶的十進位制數的前六位」進行組合
        *bufout++ = (char)(base64DecodeTable[base64Encoded[i + 2]] << 6 | base64DecodeTable[base64Encoded[i + 3]]);
    }

    *base64Decoded = decoded;

    if (base64Encoded[len - 2] == '=')
        decodedLen -= 2; // 存在兩個'='，則實際長度 -2
    else if (base64Encoded[len - 1] == '=')
        decodedLen -= 1; // 存在一個'='，則實際長度 -1

    return decodedLen; // 返回解碼後的實際長度
}

三、cJSON

對於 cJSON 的介紹，詳見我的這篇部落格：cJson 學習筆記 - MElephant - 部落格園 (cnblogs.com)

四、Socket

有關 Socket 的介紹，詳見我的這篇部落格：Socket 程式設計 - MElephant - 部落格園 (cnblogs.com)

4.1 socket.h

#ifndef __SOCKET_H__
#define __SOCKET_H__

#define BIT0 (0x1 << 0)
#define BIT1 (0x1 << 1)
#define BIT2 (0x1 << 2)

typedef unsigned int BOOL;
#define TRUE    1
#define FALSE   0

#define E_SUCCEED   0
#define E_ERROR     112

#define BACKLOG 10 // 設定Socket最大監聽個數

/* 定義傳送 HTTP 報文格式 */
#define CLIENT_HTTP_BUF    "\
POST /Picture HTTP/1.1\r\n\
Host: %s\r\n\
Content-Length: %d\r\n\
Content-Type: image\r\n\
\r\n\
%s\r\n\
\r\n"

/* 定義響應 HTTP 報文格式 */
#define SERVER_HTTP_BUF "\
HTTP/1.1 200 OK\r\n\
Content-Length: %d\r\n\
Content-Type: text/plain\r\n\
\r\n\
%s\r\n\
\r\n"

#define HTTP_HDR_TAIL_STR "\r\n\r\n"    // 報文頭結束標誌
#define HTTP_HDR_LINE_TAIL_STR "\r\n"   // 行結束標誌
#define HTTP_CONTENT_LENGTH_STR "Content-Length: "
#define HTTP_HDR_LEN      256           // 傳送HTTP報文格式中的頭部長度，多多益善

typedef enum tagSocketOpt
{
    SOCKET_OPT_BIND     = BIT0,
    SOCKET_OPT_LISTEN   = BIT1,
    SOCKET_OPT_CONNECT  = BIT2
} SOCKET_OPT_E;

typedef struct tagIpAddr
{
    char *ip;               // IP 地址，點分十進位制
    unsigned short port;    // 埠號
} IPADDR_S;

int SocketCreate(int *fd, int createOpt, const IPADDR_S stIpAddr); // 建立 Socket，IPv4 & TCP
int SocketSend(int hSocket, const char *sendBuf, const int bufLen);
int SocketRecv(int hSocket, char **recvBuf, int *recvBufLen);

#endif

4.2 socket.c

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

/********************************************************
 * 函式功能：建立基於IPv4的TCP socket
 * 引數說明：fd          出參，用於儲存sockfd
 *          createOpt   入參，表示建立socket後的操作
 *          stIpAddr    入參，表示ip地址和埠號
 * 返 回 值：建立成功則返回 E_SUCCEED，否則返回 E_ERROR
 *******************************************************/
int SocketCreate(int *fd, int createOpt, const IPADDR_S stIpAddr)
{
    int hSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == hSocket)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Fail to call socket.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return E_ERROR;
    }

    if (SOCKET_OPT_BIND & createOpt)
    {
        struct sockaddr_in addr;
        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(stIpAddr.port);   // 將本地埠號轉化為網路位元組序
        inet_aton(stIpAddr.ip, &addr.sin_addr); // 將點分十進位制的IP地址轉換為網路位元組序

        int iReuse = 1;
        setsockopt(hSocket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &iReuse, sizeof(iReuse)); // 設定複用socket地址
        int iBind = bind(hSocket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
        if (-1 == iBind)
        {
            printf("[%s][%s-%lu] Fail to call bind.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
            close(hSocket);
            return E_ERROR;
        }
        printf("[%s][%s-%lu] Socket bind succeed[%s:%u].\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, stIpAddr.ip, stIpAddr.port);
    }

    if (SOCKET_OPT_LISTEN & createOpt)
    {
        int iListen = listen(hSocket, BACKLOG);
        if (-1 == iListen)
        {
            printf("[%s][%s-%lu] Fail to call listen.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
            close(hSocket);
            return E_ERROR;
        }
        printf("[%s][%s-%lu] Socket listen succeed.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    }

    if (SOCKET_OPT_CONNECT & createOpt)
    {
        struct sockaddr_in addr;
        memset(&addr, 0, sizeof(addr));
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(stIpAddr.port);   // 將本地埠號轉化為網路位元組序
        inet_aton(stIpAddr.ip, &addr.sin_addr); // 將點分十進位制的IP地址轉換為網路位元組序
        int iConn = connect(hSocket, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
        if (-1 == iConn)
        {
            printf("[%s][%s-%lu] Fail to call connect.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
            close(hSocket);
            return E_ERROR;
        }
        printf("[%s][%s-%lu] Socket connect succeed[%s:%u].\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, stIpAddr.ip, stIpAddr.port);
    }

    *fd = hSocket;
    return E_SUCCEED;
}

/********************************************************
 * 函式功能：傳送TCP位元組流
 * 引數說明：hSocket 入參，表示sockfd
 *          sendBuf 入參，表示待傳送的位元組流
 *          bufLen  入參，表示待傳送的位元組流的長度
 * 返 回 值：傳送成功則返回 E_SUCCEED，否則返回 E_ERROR
 *******************************************************/
int SocketSend(int hSocket, const char *sendBuf, const int bufLen)
{
    int iSendLen = 0; // 已傳送的字元個數

    while (iSendLen < bufLen)
    {
        int iRet = send(hSocket, sendBuf + iSendLen, bufLen - iSendLen, 0);
        if (iRet < 0)
        {
            if (errno == EINTR || errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
                continue;
            else
            {
                printf("[%s][%s-%lu] Socket Send Error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
                return E_ERROR;
            }
        }
        iSendLen += iRet;
    }

    return E_SUCCEED;
}

/********************************************************
 * 函式功能：報文頭預解
 * 引數說明：buf 入參，表示當前已接收的位元組流
 * 返 回 值：跟據解析buf中的Content-Length欄位，返回本次需要接收的字串總長度
 *******************************************************/
static int PreParseRecvedBuf(const char *buf)
{
    char *pcTmp = NULL;
    char *pcStart = NULL;
    char *pcEnd = NULL;
    char szContentLen[16];  // 儲存Content-Length的值的字串形式
    int iContentLen = 0;    // 儲存Content-Length的值的整數形式
    int bufHeadLen = 0;

    pcTmp = strstr(buf, HTTP_HDR_TAIL_STR);
    bufHeadLen = pcTmp - buf + 4; // 本次接收的報文頭部總長度，+ 4 指的是報文頭的結束後的換行 \r\n\r\n

    // 找到Content-Length對應的值
    pcStart = strstr(buf, HTTP_CONTENT_LENGTH_STR);
    pcStart += strlen(HTTP_CONTENT_LENGTH_STR);
    pcEnd = strstr(pcStart, HTTP_HDR_LINE_TAIL_STR);

    strncpy(szContentLen, pcStart, pcEnd - pcStart); // 將Content-Length值複製到szContentLen中
    iContentLen = atoi(szContentLen); // 本次接收的報文的內容總長度

    return bufHeadLen + iContentLen; // 本次需要接收的報文總長度 = 頭部總長度 + 內容總長度
}

/********************************************************
 * 函式功能：接收TCP位元組流
 * 引數說明：hSocket 入參，表示sockfd
 *          recvBuf 出參，用於儲存接收後的位元組流
 *          recvBufLen 出參，用於儲存接收的位元組流的總長度
 * 備    注：recvBuf需要在呼叫該函式前開闢空間，否則在呼叫realloc時會報invalid next size
 * 返 回 值：接收成功則返回 E_SUCCEED，否則返回 E_ERROR
 *******************************************************/
int SocketRecv(int hSocket, char **recvBuf, int *recvBufLen)
{
    int iRecvedLen = 0;     // 已接收的字元長度
    BOOL bPreParse = FALSE; // 判斷是否處理了第一次接收的128個字元

    memset(*recvBuf, 0, *recvBufLen);

    while(TRUE)
    {
        int iRet = recv(hSocket, *recvBuf + iRecvedLen, *recvBufLen - iRecvedLen, 0);
        if (iRet < 0)
        {
            if (errno == EINTR || errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
                continue;
            else
            {
                printf("[%s][%s-%lu] Socket Recv Error, errno(%d/%s).\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, errno, strerror(errno));
                return E_ERROR;
            }
        }
        else if (iRet == 0)
        {
            if (iRecvedLen >= *recvBufLen) // 已接收的字元長度 ≥ 對端傳送的字元總長度，說明接收完成
            {
                break;
            }
            else
            {
                printf("[%s][%s-%lu] Socket Recv Error, errno(%d/%s).\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__,  errno, strerror(errno));
                return E_ERROR;
            }
        }
        else 
        {
            iRecvedLen += iRet;

            if (bPreParse == FALSE)
            {
                // 預處理第一次接收的字元，並根據Content-Length確認此次需要接收的字元總長度
                *recvBufLen = PreParseRecvedBuf(*recvBuf);   // 從接收的HTTP頭部中獲取本次需要接收的報文總長度
                *recvBuf = (char *)realloc(*recvBuf, *recvBufLen + 1); // 根據需要接收的報文總長度重新為buf開闢所需長度的空間
                memset(*recvBuf + iRecvedLen, 0, *recvBufLen + 1 - iRecvedLen);

                bPreParse = TRUE;
            }
            else if (iRecvedLen < *recvBufLen)
            {
                continue;
            }

            if (iRecvedLen >= *recvBufLen)
            {
                break;
            }
        }
    }

    return E_SUCCEED;
}

五、在網路上中傳輸圖片

5.1 common.h

#ifndef __COMMON_H__
#define __COMMON_H__

#define SAFE_FREE(ptr) \
    if (ptr) \
    { \
        free(ptr); \
        ptr = NULL; \
    }

#define FILENAME_READ "./image/wallpaper.png"
#define FILENAME_WRITE "./image/wallpaper_copy.png"

typedef struct tagImage
{
    char imageName[64]; // 圖片名
    int imageSize;      // 圖片大小
    char *data;         // 圖片
} IMAGE_S;

#endif

5.2 Server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include "common.h"
#include "../Base64/base64.h"
#include "../CJSON/cJSON.h"
#include "../Socket/socket.h"
#include "../ReadingAndWriting/readAndwrite.h"

IPADDR_S ipAddr = {"192.168.204.128", 5073};

int Process(const char *buf, IMAGE_S *pstImage)
{
    char *tmp = strstr(buf ,"{");
    cJSON *pstRoot = cJSON_Parse(tmp);

    cJSON *pName = cJSON_GetObjectItem(pstRoot, "imageName");
    cJSON *pSize = cJSON_GetObjectItem(pstRoot, "imageSize");
    cJSON *pDataEncoded = cJSON_GetObjectItem(pstRoot, "dataEncoded");

    char *encoded = pDataEncoded->valuestring;
    char *decoded;
    int decodedLen = Base64Decode(encoded, &decoded);
    
    if (decodedLen != pSize->valueint)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Process error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return E_ERROR;
    }

    strcpy(pstImage->imageName, pName->valuestring);
    pstImage->imageSize = decodedLen;
    pstImage->data = decoded;
    
    cJSON_Delete(pstRoot);

    return E_SUCCEED;
}
int main()
{
    int iRet = E_SUCCEED;
    int hSocket;
    int opt = SOCKET_OPT_BIND | SOCKET_OPT_LISTEN;
    iRet = SocketCreate(&hSocket, opt, ipAddr);
    if (iRet != E_SUCCEED)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Socket create error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        exit(0);
    }
    
    int connfd = accept(hSocket, NULL, NULL);

    int recvLen = 128;
    char *recvBuf = (char *)malloc(recvLen);
    iRet = SocketRecv(connfd, &recvBuf, &recvLen);
    if (iRet != E_SUCCEED)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Socket recv error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        close(hSocket);
        exit(0);
    }

    close(hSocket);

    IMAGE_S image;
    iRet = Process(recvBuf, &image);
    if (iRet != E_SUCCEED)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Fail to call process.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    }
    else
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Process succeed, [%s](%d).\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, image.imageName, image.imageSize);
        Write(FILENAME_WRITE, image.data, image.imageSize);
    }
    return 0;
}

5.3 Client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include "common.h"
#include "../Base64/base64.h"
#include "../CJSON/cJSON.h"
#include "../Socket/socket.h"
#include "../ReadingAndWriting/readAndwrite.h"

IPADDR_S ipAddr = {"192.168.204.128", 5073};

// 獲取忽略掉路徑資訊的檔名，如 /image/image.png ==> image.png
void GetFileName(const char *filename, char *name)
{
    char *tmp = strstr(filename, "/");
    while (strstr(tmp, "/") != NULL)
    {
        tmp = strstr(tmp, "/");
        tmp++;
    }
    strcpy(name, tmp);
}
char *GetSendBuf(const char *filename)
{
    char *imageData;
    int readLen = Read(filename, &imageData); // 獲取原圖片及其大小
    if (readLen == 0)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Read error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        return NULL;
    }

    IMAGE_S stImage;
    GetFileName(filename, stImage.imageName);
    stImage.imageSize = readLen;
    stImage.data = imageData;

    int encodedLen = 0;
    char *encoded = Base64Encode(stImage.data, stImage.imageSize, &encodedLen);

    cJSON *pstRoot = cJSON_CreateObject();
    cJSON_AddStringToObject(pstRoot, "imageName", stImage.imageName);
    cJSON_AddNumberToObject(pstRoot, "imageSize", stImage.imageSize);
    cJSON_AddStringToObject(pstRoot, "dataEncoded", encoded);

    char *pcJson = cJSON_PrintUnformatted(pstRoot);
    int jsonLen = strlen(pcJson);

    int bufLen = jsonLen + HTTP_HDR_LEN;
    char *buf = (char *)malloc(bufLen);
    snprintf(buf, bufLen, CLIENT_HTTP_BUF, ipAddr.ip, jsonLen + 4, pcJson);

    cJSON_Delete(pstRoot);
    SAFE_FREE(stImage.data);
    
    return buf;
}

int main()
{
    int iRet = E_SUCCEED;
    int hSocket;
    int opt = SOCKET_OPT_CONNECT;
    iRet = SocketCreate(&hSocket, opt, ipAddr);
    if (iRet != E_SUCCEED)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Socket create error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        exit(0);
    }
    
    char *buf = GetSendBuf(FILENAME_READ);
    if (buf == NULL)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Get send buf error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        close(hSocket);
        exit(0);
    }
    iRet = SocketSend(hSocket, buf, strlen(buf));
    if (iRet == E_SUCCEED)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Socket Send Succeed, SendLen[%d].\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, strlen(buf));
    }
    else if (iRet == E_ERROR)
    {
        printf("[%s][%s-%lu] Socket Send Error.\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    }

    close(hSocket);
    return 0;
}

5.4 Tutorial

目錄結構：

分別生成 server 和 client 兩個可執行檔案：

gcc ./Base64/base64.c ./CJSON/cJSON.c ./ReadingAndWriting/readAndwrite.c ./Socket/socket.c ./Main/Server.c -lm -o ./exeFile/Server gcc ./Base64/base64.c ./CJSON/cJSON.c ./ReadingAndWriting/readAndwrite.c ./Socket/socket.c ./Main/Client.c -lm -o ./exeFile/Client

在兩個終端下分別執行 Server 和 Client：

檢視圖片傳輸情況：

最後附上原始碼：https://melephant.lanzoum.com/irwXt0r4noji

參考資料

Java Socket圖片檔案傳輸
2012-07-22
Java
請問：如何壓縮圖片，以在網路上傳輸？？
2006-02-21
react ts 使用七牛傳輸圖片
2024-03-26
React
網路傳輸協議
2018-02-01
協議
ci框架中的圖片上傳
2019-02-16
框架
socket網路傳輸的問題
2009-05-13
網路中的資料傳輸模式有哪些-鐳速
2023-05-12
模式
網路協議之:加密傳輸中的NPN和ALPN
2021-10-18
協議加密
直播app原始碼中的資料是如何在網路中傳輸的？
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網路中的圖片傳輸

網路中的圖片傳輸

前言

一、圖片讀寫操作

1.1 fopen 和 fclose函式

1.1.1 fopen 函式介紹

1.1.2 fclose 函式介紹

1.2 fseek 和 ftell 函式

1.2.1 fseek 函式介紹

1.2.2 ftell 函式介紹

1.3 fread 和 fwrite 函式

1.3.1 fread 函式介紹

1.3.2 fwirte 函式介紹

1.4 圖片讀寫

1.4.1 readAndwrite.h

1.4.2 readAndwrite.c

1.4.3 testReadAndWrite.c

1.4.4 Tutorial

二、Base64

2.1 何為 Base64

2.2 為什麼要使用 Base64

2.3 Base64 詳解

2.3.1 前置知識

2.3.2 Base64 編碼

2.4 Base64 編解碼

2.4.1 base64.h

2.4.2 base64.c

三、cJSON

四、Socket

4.1 socket.h

4.2 socket.c

五、在網路上中傳輸圖片

5.1 common.h

5.2 Server.c

5.3 Client.c

5.4 Tutorial

參考資料

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