muduo笔记网络库（九）输入输出缓冲区Buffer

应用层缓冲区Buffer设计

Buffer设计思想

应用层缓冲区Buffer设计

为什么要需要有应用层缓冲区
Buffer结构

epoll使用LT模式原因

与poll兼容
LT模式不会发生漏掉事件的BUG，但POLLOUT事件不能一开始就关注，否则会出现busy loop，而应该在write无法完全写入内核缓冲区的时候才关注，将未写入内核缓冲区的数据添加到应用层output buffer，直到应用层output buffer写完，停止关注POLLOUT事件。-- 相当于写完成回调，处理写完成事件。
读写的时候不必等候EAGAIN，可以节省系统调用次数，降低延迟。（注：如果用ET模式，读的时候读到EAGAIN，写的时候直到output buffer写完成或者EAGAIN）

为什么需要有应用层缓冲区？

non-blocking网络编程中，non-blocking IO核心思想是避免阻塞在read()/write()或其他IO系统调用上，可以最大限度复用thread-of-control，让一个线程能服务于多个socket连接。而IO线程只能阻塞在IO-multiplexing函数上，如select()/poll()/epoll_wait()，这样应用层的缓冲区就是必须的，每个TCP socket都要有stateful的input buffer和output buffer。

具体来说，

TcpConnection必须要有output buffer
一个常见场景：程序想通过TCP连接发送100K byte数据，但在write()调用中，OS只接收80K（受TCP通告窗口advertised window的控制），而程序又不能原地阻塞等待，事实上也不知道要等多久。程序应该尽快交出控制器，返回到event loop。此时，剩余20K数据怎么办？

对应用程序，它只管生成数据，不应该关系到底数据是一次发送，还是分几次发送，这些应该由网络库操心，程序只需要调用TcpConnection::send()就行。网络库应该接管剩余的20K数据，把它保存到TcpConnection的output buffer，然后注册POLLOUT事件，一旦socket变得可写就立刻发送数据。当然，第二次不一定能完全写入20K，如果有剩余，网络库应该继续关注POLLOUT事件；如果写完20K，网络库应该停止关注POLLOUT，以免造成busy loop。

如果程序又写入50K，而此时output buffer里还有待发20K数据，那么网络库不应该直接调用write()，而应该把这50K数据append到那20K数据之后，等socket变得可写时再一并写入。

如果output buffer里还有待发送数据，而程序又想关闭连接，但对程序而言，调用TcpConnection::send()后就认为数据迟早会发出去，此时网络库不应该直接关闭连接，而要等数据发送完毕。因为此时数据可能还在内核缓冲区中，并没有通过网卡成功发送给接收方。
将数据append到buffer，甚至write进内核，都不代表数据成功发送给对端。

综上，要让程序在write操作上不阻塞，网络库必须给每个tcp connection配置output buffer。

TcpConnection必须要有input buffer
TCP是一个无边界的字节流协议，接收方必须要处理“收到的数据尚不构成一条完整的消息”“一次收到两条消息的数据”等情况。
一个常见场景：发送方send 2条10K byte消息（共计20K），接收方收到数据的可能情况：
一次性收到20K数据
分2次收到，第一次5K，第二次15K
分2次收到，第一次15K，第二次5K
分2次收到，第一次10K，第二次10K
分3次收到，第一次6K，第二次8K，第三次6K
其他任何可能

这些情况统称为粘包问题。

LT模式下，如何解决的粘包问题？
可以一次把内核缓冲区中的数据读完，存至input buffer，通知应用程序，进行onMessage(Buffer* buffer)回调。在onMessage回调中，应用层协议判定是否是一个完整的包，如果不是一条完整的消息，不会取走数据，也不会进行相应的处理；如果是一条完整的消息，将取走这条消息，并进行相应的处理。

如何判断是一条完整的消息？
相应应用层协议制定协议，不由网络库负责。

网络库如何处理 “socket可读”事件？
一次性把socket中数据读完，从内核缓冲区读取到应用层buffer，否则会反复触发POLLIN事件，造成busy-loop。

综上，tcp网络编程中，网络库必须给每个tcp connection配置input buffer。

应用层与input buffer、output buffer

muduo中的IO都是带缓冲的IO（buffered IO），应用层不会自行去read()或write()某个socket，只会操作TcpConnection的input buffer和output buffer。更准确来说，是在onMessage()回调中读取input buffer；调用TcpConnection::send() 来间接操作output buffer，而不直接操作output buffer。

Buffer要求

muduo buffer 的设计考虑常见网络编程需求，在易用性和性能之间找一个平衡点。目前更偏向易用性。

muduo Buffer设计要点：

对外表现为一块连续的内存（char*, len），以便客户代码的编写。
size()可以自动增长，以适应不同大小的消息。不是一个fixed size array（不是固定大小数组，char buf[8192]）。
内部以vector of char来保存数据，并提供相应的访问函数。

Buffer更像一个queue，从末尾写入数据，从头部读出数据。

谁使用Buffer，读、写Buffer？
TcpConnection有2个Buffer：input buffer，output buffer。

input buffer，TcpConnection会从socket读取数据，然后写入input buffer（由Buffer::readFd()完成）；客户代码在onMessage回调中，从input buffer读取数据。
output buffer，客户代码把数据写入output buffer（用Connection::send()完成）；TcpConnection从output buffer读取数据并写入socket。

input、output是针对客户代码而言的，对TcpConnection来说读写方向相反。

线程安全

Buffer故意设计成非线程安全的，原因如下：

对于input buffer，onMessage()回调发生在该TcpConnection所属IO线程，应用程序应该在onMessage()完成对input buffer的操作，并且不要把input buffer暴露给其他线程。这样，对input buffer的操作都在同一个IO线程，因此Buffer class不必是线程安全的。
对于output buffer，应用程序不会直接操作它，而是调用TcpConenction::send()来发送数据，后者是线程安全的。准确来说，是会让output buffer只会在所属IO线程操作。

Buffer数据结构

2个indices（标记）readIndex、writeIndex把vector内容分为3块：prependable、readable、writable，各块大小关系：
prependable = readIndex
readable = writeIndex - readIndex
writable = size() - writeIndex

灰色部分是Buffer的有效载荷（payload），prependable能让程序以极低代价在数据前添加几个字节，从而简化客户代码。

readIndex，writeIndex满足以下不变式（invariant）：
0 ≤ readIndex ≤ writeIndex ≤ data.size()

Buffer class的核心数据成员：

class Buffer : public muduo::copyable
{
public:
    ...
private:
    std::vector<char> buffer_; // 存储数据的线性缓冲区, 大小可变
    size_t readerIndex_; // 可读数据首地址, i.e. readable空间首地址
    size_t writerIndex_; // 可写数据首地址, i.e. writable空间首地址
    ...
};

Buffer中有2个常数：kCheapPrepend，kInitialSize，分别定义了prependable初始大小，writable的初始大小。readable初始大小0。

    static const size_t kCheapPrepend = 8;   // 初始预留的prependable空间大小
    static const size_t kInitialSize = 1024; // Buffer初始大小

初始化完成后，Buffer数据结构如下：

Buffer的操作

基本IO操作

Buffer初始化完成后，向Buffer写入200byte，其布局是：

可以看到，writeIndex向后移动了200，readIndex保持不变。readable、writable都有变化。

如果从Buffer read(), retrieve()（“读入”）50byte，其布局是：

可以看到，readIndex向后移动50，writeIndex保持不变，readable和writable的值也有变化。

自动增长

Buffer长度不是固定的，可以自动增长，因为底层存储利用的是vector。

假设当前可写空间writable为624 byte，现客户代码一次写入1000，那么buffer会自动增长，如下图。

增长前：

增长后：

readable由350增长为1350（刚好增加了1000），writable由624减为0。另外，readIndex由58回到了初始位置8，保证prependable等于kCheapPrependable。

buffer没有缩小功能，下次写入1350byte就不会重新分配内存，一方面避免浪费内存，另一方面避免反复分配内存。如果有需要，客户代码也可以手动shrink() buffer size()。

size()和capacity()

Buffer使用vector存储数据，可以得到它的capacity()机制的好处，减少内存分配次数。在写入的数据不超过capacity() - size()时，都不会重新分配内存。

在muduo中，不调用reserve()预先分配空间，而是在Buffer构造时把初始size()设为1K，当size()超过1K时，vector会把capacity()加倍，等于说resize()做了reserve()的事。

内部腾挪

经过若干次读写，readIndex移到了比较靠后的位置，留下了很大的prependable空间，如下图已由初始8 byte，变成532。

此时，如果想写入300byte，而writable只有200，怎么办？
Buffer不会重新分配内存，而是先把已有的数据移到前面去，减小多余prependable空间，为writable腾出空间。

这样，writable变成724 byte，就可以写入300 byte 数据了。

prepend

prepend 提供prependable空间，让程序能以极低的代价在数据前添加几个字节。通过预留kCheapPrepend空间，能简化客户代码。

Buffer类的实现

构造函数与析构函数

构造函数见下，析构函数才用trivial dctor（编译器合成的默认版本，即平凡的析构函数）

    /* 构造函数 内部缓冲区buffer_初始大小默认kCheapPrepend + initialSize (1032byte) */
    explicit Buffer(size_t initialSize = kInitialSize)
    : buffer_(kCheapPrepend + initialSize),
      readerIndex_(kCheapPrepend), // 8
      writerIndex_(kCheapPrepend)  // 8
    {
        assert(readableBytes() == 0);
        assert(writableBytes() == initialSize);
        assert(prependableBytes() == kCheapPrepend);
    }

    /*
     * implicit copy-ctor, move-ctor, dtor and assignment are fine
     * NOTE: implicit move-ctor is added in g++ 4.6
     */

读取prependable, readable, writable空间地址、大小等属性的方法

    /* 返回 readable 空间大小 */
    size_t readableBytes() const
    { return writerIndex_ - readerIndex_; }

    /* 返回 writeable 空间大小 */
    size_t writableBytes() const
    { return buffer_.size() - writerIndex_; }

    /* 返回 prependable 空间大小 */
    size_t prependableBytes() const
    { return readerIndex_; }

    /* readIndex 对应元素地址 */
    const char* peek() const
    { return begin() + readerIndex_; }

    /* 返回待写入数据的地址, 即writable空间首地址 */
    char* beginWrite()
    { return begin() + writerIndex_; }
    const char* beginWrite() const
    { return begin() + writerIndex_; }

    /* 将writerIndex_往后移动len byte, 需要确保writable空间足够大 */
    void hasWritten(size_t len)
    {
        assert(len <= writableBytes());
        writerIndex_ += len;
    }
    /* 将writerIndex_往前移动len byte, 需要确保readable空间足够大 */
    /*
     * Cancel written bytes.
     */
    void unwrite(size_t len)
    {
        assert(len <= readableBytes());
        writerIndex_ -= len;
    }

private:
    /* 返回缓冲区的起始位置, 也是prependable空间起始位置 */
    char* begin()
    {
//       <=> return buffer_.data();
        return &*buffer_.begin();
    }
    const char* begin() const
    { return &*buffer_.begin(); }

retrieve*取走数据

retrieve系列函数从readable空间取走数据，只关心移动readableIndex_，改变readable空间大小，通常不关心读取数据具体内容，除非有指定具体的返回值，如retrieveAllAsString。
retrieve系列函数会改变readable空间大小，但通常不会改变writable空间大小，除非retrieveAll取完所有readable空间的数据，readable空间将会合并到writable空间。

    /* 从readable头部取走最多长度为len byte的数据. 会导致readable空间变化, 可能导致writable空间变化.
     * 这里取走只是移动readerIndex_, writerIndex_, 并不会直接读取或清除readable, writable空间数据　*/
    /*
     * retrieve() returns void, to prevent
     * string str(retrieve(readableBytes()), readableBytes());
     * the evaluation of two functions are unspecified
     */
    void retrieve(size_t len)
    {
        assert(len <= readableBytes());
        if (len < readableBytes()) // readable 中数据充足时, 只取走len byte数据
        {
            readerIndex_ += len;
        }
        else
        { // readable中数据不足时, 取走所有数据
            retrieveAll();
        }
    }
    /* 从readable空间取走 [peek(), end)这段区间数据, peek()是readable空间首地址 */
    void retrieveUntil(const char* end)
    {
        assert(peek() <= end);
        assert(end <= beginWrite());
        retrieve(end - peek());
    }
    /* 从readable空间取走一个int64_t数据, 长度8byte */
    void retrieveInt64()
    {
        retrieve(sizeof(int64_t));
    }
    /* 从readable空间取走一个int32_t数据, 长度4byte */
    void retrieveInt32()
    {
        retrieve(sizeof(int32_t));
    }
    /* 从readable空间取走一个int16_t数据, 长度2byte */
    void retrieveInt16()
    {
        retrieve(sizeof(int16_t));
    }
    /* 从readable空间取走一个int8_t数据, 长度1byte */
    void retrieveInt8()
    {
        retrieve(sizeof(int8_t));
    }
    /* 从readable空间取走所有数据, 直接移动readerIndex_, writerIndex_指示器即可 */
    void retrieveAll()
    {
        readerIndex_ = kCheapPrepend;
        writerIndex_ = kCheapPrepend;
    }
    /* 从readable空间取走所有数据, 转换为字符串返回 */
    std::string retrieveAllAsString()
    {
        return retrieveAsString(readableBytes());
    }
    /* 从readable空间头部取走长度len byte的数据, 转换为字符串返回 */
    std::string retrieveAsString(size_t len)
    {
        assert(len <= readableBytes());
        string result(peek(), len);
        retrieve(len);
        return result;
    }

readInt*取数据

readInt系列函数从readable空间读取指定长度（类型）的数据，不仅从readable空间读取数据，还会利用相应的retrieve函数把数据从中取走，导致readable空间变小。

    /* 从readable空间头部读取一个int64_类型数, 由网络字节序转换为本地字节序 */
    /**
     * Read int64_t from network endian
     *
     * Require: buf->readableBytes() >= sizeof(int64_t)
     */
    int64_t readInt64()
    {
        int64_t result = peekInt64();
        retrieveInt64();
        return result;
    }
    /* 从readable空间头部读取一个int32_类型数, 由网络字节序转换为本地字节序 */
    int32_t readInt32()
    {
        int32_t result = peekInt32();
        retrieveInt32();
        return result;
    }
    /* 从readable空间头部读取一个int16_类型数, 由网络字节序转换为本地字节序 */
    int16_t readInt16()
    {
        int16_t result = peekInt16();
        retrieveInt16();
        return result;
    }
    /* 从readable空间头部读取一个int8_类型数, 由网络字节序转换为本地字节序 */
    int8_t readInt8()
    {
        int8_t result = peekInt8();
        retrieveInt8();
        return result;
    }

peek*读取而不取走缓冲区数据

peek系列函数只从readable空间头部（peek()）读取数据，而不取走数据，不会导致readable空间变化。

    /* 从readable的头部peek()读取一个int64_t数据, 但不移动readerIndex_, 不会改变readable空间 */
    /**
     * Peek int64_t from network endian
     *
     * Require: buf->readableBytes() >= sizeof(int64_t)
     */
    int64_t peekInt64() const
    {
        assert(readableBytes() >= sizeof(int64_t));
        int64_t be64 = 0;
        ::memcpy(&be64, peek(), sizeof(be64));
        return sockets::networkToHost64(be64); // 网络字节序转换为本地字节序
    }
    /* 从readable的头部peek()读取一个int32_t数据, 但不移动readerIndex_, 不会改变readable空间 */
    int32_t peekInt32() const
    {
        assert(readableBytes() >= sizeof(int32_t));
        int32_t be32 = 0;
        ::memcpy(&be32, peek(), sizeof(be32));
        return sockets::networkToHost32(be32); // 网络字节序转换为本地字节序
    }
    /* 从readable的头部peek()读取一个int16_t数据, 但不移动readerIndex_, 不会改变readable空间 */
    int16_t peekInt16() const
    {
        assert(readableBytes() >= sizeof(int16_t));
        int16_t be16 = 0;
        ::memcpy(&be16, peek(), sizeof(be16));
        return sockets::networkToHost16(be16); // 网络字节序转换为本地字节序
    }
    /* 从readable的头部peek()读取一个int8_t数据, 但不移动readerIndex_, 不会改变readable空间.
     * 1byte数据不存在字节序问题 */
    int8_t peekInt8() const
    {
        assert(readableBytes() >= sizeof(int8_t));
        int8_t x = *peek();
        return x;
    }

prepend*预置数据到缓冲区

prepend系列函数将预置指定长度数据到prependable空间，但不会改变prependable空间大小。

    /* 在prependable空间末尾预置int64_t类型网络字节序的数x, 预置数会被转化为本地字节序 */
    /**
     * Prepend int64_t using network endian
     */
     void prependInt64(int64_t x)
    {
         int64_t be64 = sockets::hostToNetwork64(x);
         prepend(&be64, sizeof(be64));
    }
    /* 在prependable空间末尾预置int32_t类型网络字节序的数x, 预置数会被转化为本地字节序 */
    /**
     * Prepend int32_t using network endian
     */
    void prependInt32(int32_t x)
    {
        int64_t be32 = sockets::hostToNetwork32(x);
        prepend(&be32, sizeof(be32));
    }
    /* 在prependable空间末尾预置int16_t类型网络字节序的数x, 预置数会被转化为本地字节序 */
    void prependInt16(int16_t x)
    {
        int16_t be16 = sockets::hostToNetwork16(x);
        prepend(&be16, sizeof(be16));
    }
    /* 在prependable空间末尾预置int8_t类型网络字节序的数x, 预置数会被转化为本地字节序 */
    void prependInt8(int8_t x)
    {
        prepend(&x, sizeof(x));
    }
    /* 在prependable空间末尾预置一组二进制数据data[len].
     * 表面上看是加入prependable空间末尾, 实际上是加入readable开头,　会导致readerIndex_变化 */
    void prepend(const void* data, size_t len)
    {
        assert(len <= prependableBytes());
        readerIndex_ -= len;
        const char* d = static_cast<const char*>(data);
        std::copy(d, d+len, begin()+readerIndex_);
    }

内部缓冲区操作

包含3个操作：
1）shrink自动收缩内部缓冲区（buffer_）大小；
2）返回buffer_的capaticy；
3）makeSpace生产足够大小的writable空间，以写入新的len byte数据；

    /* 收缩缓冲区空间, 将缓冲区中数据拷贝到新缓冲区, 确保writable空间最终大小为reserve */
    void shrink(size_t reserve)
    {
        // FIXME: use vector::shrink_to_fit() in C++ 11 if possible.
        Buffer other;
        other.ensureWritableBytes(readableBytes() + reserve);
        other.append(toStringPiece());
        swap(other);
    }

    /* 返回buffer_的容量capacity() */
    size_t internalCapacity() const
    {
        return buffer_.capacity();
    }

    /* writable空间不足以写入len byte数据时,
     * 1)如果writable空间 + prependable空间不足以存放数据, 就resize 申请新的更大的内部缓冲区buffer_
     * 2)如果足以存放数据, 就将prependable多余空间腾挪出来, 合并到writable空间 */
    void makeSpace(size_t len)
    {
        if (writableBytes() + prependableBytes() < len + kCheapPrepend)
        { // writable 空间大小 + prependable空间大小 不足以存放len byte数据, resize内部缓冲区大小
            // FIXME: move readable data
            buffer_.resize(writerIndex_ + len);
        }
        else
        { // writable 空间大小 + prependable空间大小 足以存放len byte数据, 移动readable空间数据, 合并多余prependable空间到writable空间
            // TODO: ???
            // move readable data to the front, make space inside buffer
            assert(kCheapPrepend < readerIndex_);
            size_t readable = readableBytes();
            std::copy(begin() + readerIndex_,
                      begin() + writerIndex_,
                      begin() + kCheapPrepend);
            readerIndex_ = kCheapPrepend;
            writerIndex_ = readerIndex_ + readable;
            assert(readable == readableBytes());
        }
    }

readFd从指定fd读取数据

readFd从指定连接对应fd读取数据，当读取的数据超过内部缓冲区writable空间大小时，采用的策略是先用一个64K栈缓存extrabuf临时存储，然后根据需要合并prependable空间到writable空间，或者resize buffer_大小。

/**
* 从fd读取数据到内部缓冲区, 将系统调用错误保存至savedErrno
* @param 要读取的fd, 通常是代表连接的conn fd
* @param savedErrno[out] 保存的错误号
* @return 读取数据结果. < 0, 发生错误; >= 成功, 读取到的字节数
*/
ssize_t Buffer::readFd(int fd, int* savedErrno)
{
    // saved an ioctl()/FIONREAD call to tell how much to read.
    char extrabuf[65536]; // 65536 = 64K bytes
    struct iovec vec[2];
    const size_t writable = writableBytes();
    vec[0].iov_base = begin() + writerIndex_;
    vec[0].iov_len = writable;
    vec[1].iov_base = extrabuf;
    vec[1].iov_len = sizeof(extrabuf);

    const int iovcnt = (writable < sizeof(extrabuf)) ? 2 : 1;
    const ssize_t n = sockets::readv(fd, vec, iovcnt);
    if (n < 0)
    { // ::readv系统调用错误
        *savedErrno = errno;
    }
    else if (implicit_cast<size_t>(n) <= writable)
    {
        writerIndex_ += n;
    }
    else
    {// 读取的数据超过现有内部buffer_的writable空间大小时, 启用备用的extrabuf 64KB空间, 并将这些数据添加到内部buffer_的末尾
        // 过程可能会合并多余prependable空间或resize buffer_大小, 以腾出足够writable空间存放数据
        // n >= 0 and n > writable
        // => buffer_ is full, then append extrabuf to buffer_
        writerIndex_ = buffer_.size();
        append(extrabuf, n - writable);
    }
    return n;
}

readable空间特定字符串查找

有时，用户需要先对readable空间中的字符进行专门的查找，如找CRLF，EOL，而不取走数据，根据查找结果再决定取走多少数据。muduo库提供了几个辅助函数，便于用户进行这样的读取操作。

    /* 在readable空间找CRLF位置, 返回第一个出现CRLF的位置 */
    // CR = '\r', LF = '\n'
    const char* findCRLF() const
    {
        // FIXME: replace with memmem()?
        const char* crlf = std::search(peek(), beginWrite(), kCRLF, kCRLF+2);
        return crlf == beginWrite() ? NULL : crlf;
    }

    /* 在start~writable首地址 之间找CRLF, 要求start在readable地址空间中 */
    // CR = '\r', LF = '\n'
    const char* findCRLF(const char* start) const
    {
        assert(peek() <= start);
        assert(start <= beginWrite());
        // FIXME: replace with memmem()?
        const char* crlf = std::search(start, beginWrite(), kCRLF, kCRLF+2);
        return crlf == beginWrite() ? NULL : crlf;
    }

    /* 在readable空间中找EOL, 即LF('\n') */
    // EOL = '\n'
    // find end of line ('\n') from range [peek(), end)
    const char* findEOL() const
    {
        const void* eol = memchr(peek(), '\n', readableBytes());
        return static_cast<const char*>(eol);
    }

    /* 在start~writable首地址 之间找EOL, 要求start在readable地址空间中 */
    // EOL = '\n
    // find end of line ('\n') from range [start(), end)
    // @require peek() < start
    const char* findEOL(const char* start) const
    {
        assert(peek() <= start);
        assert(start <= beginWrite());
        const void* eol = memchr(start, '\n', beginWrite() - start);
        return static_cast<const char*>(eol);
    }

测试Buffer类

主要测试几个public 接口：append, retrieve, peekInt, readInt*, findEOL/findCRLF, std::move。
测试的时候，主要通过观察prependable, readable, writable 这3个空间的大小变化，看是否等于预期值。这样可以实现自动化比较、测试。

// test append data to writable space
// test retrieve data from readable space
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferAppendRetrieve)
{
    // check constructor
    Buffer buf;
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);

    // check append string
    const string str(200, 'x');
    buf.append(str);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), str.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize - str.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);

    // check retrieveAsString(num)
    const string str2 = buf.retrieveAsString(50);
    BOOST_CHECK_EQUAL(str2.size(), 50);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), str.size() - str2.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize - str.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend + str2.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(str2, string(50, 'x'));

    // check append string
    buf.append(str);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 2*str.size() - str2.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize - 2*str.size());
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend + str2.size());

    // check retrieveAllAsString()
    const string str3 =  buf.retrieveAllAsString();
    BOOST_CHECK_EQUAL(str3.size(), 350);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);
    BOOST_CHECK_EQUAL(str3, string(350, 'x'));
}

// test resize buffer size
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferGrow)
{
    // check buffer fileSize after ctor
    Buffer buf;
    buf.append(string(400, 'y'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 400);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-400);

    // check buffer fileSize after retrieve(num)
    buf.retrieve(50);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 350);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-400);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend+50);

    // check buffer fileSize after append
    buf.append(string(1000, 'z'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 1350);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend+50); // FIXME

    // check buffer fileSize after retrieveAll()
    buf.retrieveAll();
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), 1400); // FIXME
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);
}

// test prependable, readable, writable size
// after makeSpace() growing inside writable size.
// inside grow type : merge prependable space with writable space
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferInsideGrow)
{
    // check buffer fileSize after ctor
    Buffer buf;
    buf.append(string(800, 'y'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 800);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-800);

    // check buffer fileSize after retrieve(num)
    buf.retrieve(500);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 300);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-800);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend+500);

    // check buffer fileSize after append string
    buf.append(string(300, 'z'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 600);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-600);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);
}

/* test shrink */
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferShrink)
{
    // check buffer fileSize after ctor
    Buffer buf;
    buf.append(string(2000, 'y'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 2000);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);

    // check buffer fileSize after retrieve(num)
    buf.retrieve(1500);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 500);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend+1500);

    // check buffer fileSize after shrink string
    buf.shrink(0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 500);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-500);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.retrieveAllAsString(), string(500, 'y'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);
}

// check buffer prepend
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferPrepend)
{
    Buffer buf;
    buf.append(string(200, 'y'));
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 200);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-200);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend);

    int x = 0;
    buf.prepend(&x, sizeof x);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 204);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize-200);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.prependableBytes(), Buffer::kCheapPrepend - 4);
}

// test read int from readable segment
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferReadInt)
{
    Buffer buf;
    buf.append("HTTP");

    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 4);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.peekInt8(), 'H');
    int top16 = buf.peekInt16();
    BOOST_CHECK_EQUAL(top16, 'H'*256 + 'T');
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.peekInt32(), top16*65536 + 'T'*256 + 'P');

    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt8(), 'H');
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt16(), 'T'*256 + 'T');
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt8(), 'P');
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.writableBytes(), Buffer::kInitialSize);

    buf.appendInt8(-1);
    buf.appendInt16(-2);
    buf.appendInt32(-3);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readableBytes(), 7);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt8(), -1);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt16(), -2);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.readInt32(), -3);
}

// test find EOL
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testBufferFindEOL)
{
    Buffer buf;
    buf.append(string(100000, 'x'));
    const char* null = NULL;
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.findEOL(), null);
    BOOST_CHECK_EQUAL(buf.findEOL(buf.peek()+90000), null);
}

void output(Buffer&& buf, const void* inner)
{
    Buffer newbuf(std::move(buf)); // move ctor
    // printf("New Buffer at %p, inner %p\n", &newbuf, newbuf.peek());
    BOOST_CHECK_EQUAL(inner, newbuf.peek());
}

// test std::move for Buffer
// NOTE: This test fails in g++ 4.4, passes in g++ 4.6.
BOOST_AUTO_TEST_CASE(testMove)
{
    Buffer buf;
    buf.append("muduo", 5);
    const void* inner = buf.peek();
    // printf("Buffer at %p, inner %p\n", &buf, inner);
    output(std::move(buf), inner);
}

注意：Buffer没有自定义move ctor，采用的是编译器合成的默认版本。

知识点

大小端转换

网络字节序默认大端，本地字节序可能大端，也可能小端。网络字节序和本地字节序，可以用htobe* / betoh* 系列函数转换，也可以用htonl/htons/ntohl/ntohs转换，前者是glibc 2.9的部分，属于BSDs标准，后者属于POSIX.1-2001标准。也就是说，如果要开发可移植的程序，使用htonl/htons/ntohl/ntohs系列函数转换；否则，如果只考虑特定平台如Linux，可以使用htobe* / betoh* 系列函数转换。

htobe* / betoh* 系列函数：
支持16bit、32bit、64bit 字节序的数据转换

       #define _BSD_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
       #include <endian.h>

       uint16_t htobe16(uint16_t host_16bits);
       uint16_t htole16(uint16_t host_16bits);
       uint16_t be16toh(uint16_t big_endian_16bits);
       uint16_t le16toh(uint16_t little_endian_16bits);

       uint32_t htobe32(uint32_t host_32bits);
       uint32_t htole32(uint32_t host_32bits);
       uint32_t be32toh(uint32_t big_endian_32bits);
       uint32_t le32toh(uint32_t little_endian_32bits);

       uint64_t htobe64(uint64_t host_64bits);
       uint64_t htole64(uint64_t host_64bits);
       uint64_t be64toh(uint64_t big_endian_64bits);
       uint64_t le64toh(uint64_t little_endian_64bits);

htonl/htons/ntohl/ntohs系列函数：
只支持16bit、32bit 字节序的数据转换

       #include <arpa/inet.h>

       uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
       uint16_t htons(uint16_t hostshort);
       uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
       uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

参考

Muduo 网络库使用手册陈硕

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原文地址：https://www.cnblogs.com/fortunely/p/16136071.html

muduo笔记 网络库（九）输入输出缓冲区Buffer

应用层缓冲区Buffer设计

Buffer设计思想

Buffer要求

线程安全

Buffer数据结构

Buffer的操作

基本IO操作

自动增长

size()和capacity()

内部腾挪

prepend

Buffer类的实现

构造函数与析构函数

读取prependable, readable, writable空间地址、大小等属性的方法

retrieve*取走数据

readInt*取数据

peek*读取而不取走缓冲区数据

prepend*预置数据到缓冲区

内部缓冲区操作

readFd从指定fd读取数据

readable空间特定字符串查找

测试Buffer类

知识点

大小端转换

参考

muduo笔记网络库（九）输入输出缓冲区Buffer