Stanford University CS144 Lab0 Networking Warmup

悠悠 2022-09-11 08:14 640阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  前引
     *  二次编辑补引
     *  Lab0 Networking Warmup
     *   *  获取实验文档
         *  Ubuntu20.04安装（Vmware Workstation）
         *  Ubuntu20.04安装G++8 切换G++版本
         *  1、Fetch a Web page(取得网页)
         *  2、Send yourself an email(给自己发一封电子邮件)
         *  3、Writing a network program using an OS stream socket(使用操作系统流套接字编写网络程序)
         *   *  1、Let’s get started—fetching and building the starter code(让我们开始-获取和构建启动代码)
             *  2、Modern C++: mostly safe but still fast and low-level(编写代码注意事项)
             *  3、Reading the Sponge documentation(阅读相关文档)
             *  4、Writing webget(写网络获取)
         *  4、An in-memory reliable byte stream(实现内存中可靠的字节流)
         *   *  1、熟悉实验环境(byte\_stream.cc byte\_stream.hh)
             *  2、了解实验目的
             *  3、函数介绍(注意事项)
             *  4、简易代码实现(byte\_stream.cc byte\_stream.hh)(string效率不高)
             *   *  代码实现(byte\_stream.hh)
                 *  代码实现(byte\_stream.cc)
             *  4、编译运行 测试用例检验程序 (100% tests passed)
             *  5、优化代码实现(byte\_stream.cc byte\_stream.hh)(deque效率较高)
             *   *  代码实现(byte\_stream.hh)
                 *  代码实现(byte\_stream.cc)
             *  5、编译运行 测试用例检验程序 (100% tests passed)

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## 前引 ##

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**各位好 鉴于刚刚看完《计算机网络自顶向下》 完成了课后基本上所有的Lab 包括 `Socket Lab` \+ `Wireshark Lab` \+ `Miscellaneous Lab` 但是仍感觉到少了点什么**

**于是去逛知乎 逛各种的论坛 看看还有什么好学的 哈哈哈 接下来自然而然就是你所看到的 对的 接下来的一段时间内可能就要与`CS144`做做接触啦**

**但是呢 就像原来我学习操作系统那样 在看了基础书 在学习了顶尖高校的网课并把课后所有的Lab完成后 仍然感觉身处迷雾中 所以就自己去看了《操作系统真象还原》 自己从零开始完成了一个操作系统 但那个时候在各种地方搜索 相关的博客记录 都没有发现有很细致的记录- - 于是自己就做了全流程记录**

**对于`CS144` 我刚开始看到各种各样的文档和各种东西都需要处理 比如在什么地方下载代码 什么地方能够下载到资源 都没有什么博客很详细的介绍了 基本上都是直截了当的介绍Lab内容 对于像我们这种懒人还是挺不友好地 哈哈 开玩笑**  
**我也是刚刚才把文档都下载了下来 然后重新配置了一下虚拟机 哈哈 感觉其实前需工作还是挺多的 但是入门了之后就快了 那下面就一步步来吧**

**对了 关于获取实验测试用例 后面会有地方报错 那个地方后面进行到那一步再说啦 各位不要急**

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## 二次编辑补引 ##

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**各位能够看到这篇文章的时候 或者说这篇文章还在 或者是我还在持续的完成`CS144`的话 其实是由于`CSDN`有一个回收站的功能**

**其实在写这个二次编辑的补引的前一天晚上 我是把这篇博客删了 并且打算不再完成`CS144`了的 因为挺受打击的**  
**这段时间大二开学 不知道为什么 忽然一下子课程就超级超级多 我本来大一的时候就觉得课程已经够多了 大一学完了`线代` `高数` `大物上` 还有各种各样的课程 尽管大一一年 计算机专业课 我们大学只有一门`C语言` \+ `python` 其他一门多余的专业课也没有了 大二上只有仅仅一门`数据结构` 在这里 我是不得不吐槽一下专业课 真的无大语**

**课程设计者真的会计算机吗 还是因为大类课才是计算机的核心？之前 高数 大物一周两节 `c语言`只配一周一节？**

**好了好了 我在这里念叨两句 只是因为大二上我的课实在是太多了 而且一些课时必须要去上的 如果一两节不上的话直接挂科 `数电` `大物` `大物实验` `离散` `概率` 而且还不谈那些其他形式主义的课了 `马原` `英语` `体育` 每科都有作业 压力真的还是挺大的**

**回到正题 为什么我会删除这篇博客呢 因为我在实现`Lab1`的时候 花了大概两天 知道这个时候我才做出来 - - 不知道是不是因为这段时间没有休息好 还是自己对于函数需求没有了解清楚的情况下 直接开敲 还是因为自己确实是没有想到怎么实现的 我大概尝试了`四种数据结构` 直到看了别人做的思路 昨晚睡前真的给我整`emo`了 就打算放弃这个`Lab`了**

**但为什么现在还在坚持呢 主要是我觉得 我暑假的时候 自己能够能静下心来 自己实现一个操作系统 那个调试难度和编程难度至少比这个大吧 而且我是一个比较有强迫症的人 如果我有什么事情没有完成 我就会一直记在心里面 而且会顾念很久 如果我现在放弃了 直接去学数据库 那我很清楚我自己 到最后学数据库的时候 仍然会念及这个时候的`CS144` 我是一个比较喜欢善始善终的人 所以可能这才让我真的能够坚持下来吧**

**好了 话说了那么多 对于刚开始看博客的`hxd` 连内容都一点没看 就在这里看我啰啰嗦嗦的自言自语 实在抱歉 下面的我写的还是非常仔细的 希望能够帮助到大家 那请各位看官 继续往下面看吧**

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## Lab0 Networking Warmup ##

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### 获取实验文档 ###

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**CS144实验文档获取链接**  
**[CS144 Lab Assignments][]**

**我们直接下载即可 并我做了`PDF` `Translate` 就先把八个文档全部下载下来了**  
**关于`Test`**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

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### Ubuntu20.04安装（Vmware Workstation） ###

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**首先的话 我们需要一个`Linux`的环境 因为之前我自己做了个操作系统 就是需要一个虚拟机 这边我没有看`VirtualBox` 而是沿用到之前的`Vmware WorkStation Ubuntu 20.04` 关于`Vmware Workstation`的下载 `Ubuntu 20.04安装` `Vmware tool的安装` 麻烦大家移步到我的博客链接处看一下吧**

**[安装Vmware Station 安装Ubuntu][Vmware Station _Ubuntu]**  
**[WIN10虚拟机安装 UBuntu Vmware tools Lab入门测试 环境配置 安装摸索之路][WIN10_ UBuntu Vmware tools Lab_ _]**

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### Ubuntu20.04安装G++8 切换G++版本 ###

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**因为之前写操作系统所需版本需要是`G++-4` 所以这次需要换成`G++-8` 然后更改一下版本**  
**我们可以先`gcc -v`看一下版本 发现是`gcc 4.4.7`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

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**我们输入命令`sudo apt install g++-8`**  
**`y`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

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**`update-alternatives --config gcc` 查看`gcc`优先级选择**  
![在这里插入图片描述][167dee0855394d75ac2ffd9213a759e9.png]

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**`sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/g++-8 150` 增加`g++-8`优先级 后面数值越高 越优先使用**

**查看`update-alternatives --config gcc` `gcc -v` 查看优先级 查看版本 如下则我们成功更换**  
![在这里插入图片描述][344dc294775344668e50505ecc012cd8.png]**`gcc -v`得到的版本**  
![在这里插入图片描述][986bb4956af74a6cb7c57acdd1671985.png]

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### 1、Fetch a Web page(取得网页) ###

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**从这里我们就正式进入`CS144`辣 一步步慢慢来**  
**我们主要目的通过`telnet` 利用`TCP/IP`协议 先与网站创建`TCP`连接 取得信息**

**我们先输入`telnet cs144.keithw.org http`采用`http协议`**  
**之后就会创建连接**  
**当出现了`cs144.keithw.org`时 我们输入`GET /hello HTTP/1.1` `/hello`则是当前文件夹的相对路径 得到`cs144.keithw.org/hello`的`html`文件**  
**`Host`则是说明目的主机域名**  
**`Connection:`表示获取文件后即断开连接**

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**输入代码如下**

telnet cs144.keithw.org http
    
    GET /hello HTTP/1.1
    Host: cs144.keithw.org
    Connection: close

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**建议每次输入代码时 放到一个`txt`文件中 如下 用的时候`cv`过去即可**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_19_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

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**效果图如下**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

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### 2、Send yourself an email(给自己发一封电子邮件) ###

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**由于原来在学习《计算机网络自顶向下方法》那个地方 写过这个类似的Lab 那个Lab我也写了很久 我这边就直接贴一下链接吧**  
**但由于我们不是斯坦福的学生qwq 所以就用这个代替**  
**这个Lab是我用`python`写的 我直接把代码贴在下面 因为现在与邮箱服务器交互都有认证 所以难度不低**

**[《计算机网络自顶向下》Socket Lab3 SMTP Lab][Socket Lab3 SMTP Lab]**

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**实现代码如下 交互由`网易163邮箱`到`qq邮箱`**

from socket import *
    import sys
    import base64
    
    msg = "\r\n I love computer networks!"
    endmsg = "\r\n.\r\n"
    
    # Choose a mail server (e.g. Google mail server) and call it mailserver
    mailserver_163 = 'smtp.163.com'
    mailserver_163_SMTP_Port = 25
    mailserver_163_SMTP_LoginID  = base64.b64encode(b'lov******@163.com').decode() + '\r\n'
    mailserver_163_SMTP_Password = base64.b64encode(b'ZLVZ**********').decode() + '\r\n'
    
    From = 'lov******@163.com'
    To = '22*********@qq.com'
    
    # Create socket called clientSocket and establish a TCP connection with mailserver
    clientSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    clientSocket.connect((mailserver_163,mailserver_163_SMTP_Port))
    recv = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv,end = '')
    if recv[:3] != '220':
        print('220 reply not received from server.')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    # Send HELO command and print server response.
    heloCommand = 'HELO Love6\r\n'
    clientSocket.send(heloCommand.encode())
    recv1 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv1,end = '')
    if recv1[:3] != '250':
        print('250 reply not received from server.')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    logCommand = 'AUTH LOGIN\r\n'
    clientSocket.send(logCommand.encode())
    recv2 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv2,end = '')
    if recv2[:3] != '334':
        print('334 login server goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    clientSocket.send(mailserver_163_SMTP_LoginID.encode())
    recv3 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv3,end = '')
    if recv3[:3] == '535':
        print('Login ID wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    clientSocket.send(mailserver_163_SMTP_Password.encode())
    recv4 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv4,end = '')
    if recv4[:3] == '535':
        print('Password wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    fromCommand = 'MAIL FROM ' + '<' + From + '>' + '\r\n'
    clientSocket.send(fromCommand.encode())
    recv = clientSocket.recv(2048).decode()
    print(recv,end = '')
    if recv[:3] != '250':
        print('Mail From server goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    
    toCommand = 'RCPT TO: ' + '<' + To + '>' + '\r\n'
    clientSocket.send(toCommand.encode())
    recv6 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv6,end = '')
    if recv6[:3] != '250':
        print('Mail to server goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    beginCommand = 'DATA\r\n'
    clientSocket.send(beginCommand.encode())
    recv7 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv7,end = '')
    if recv7[:3] != '354':
        print('Data Begin server goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    send = "From: " + From + '\r\n'
    send += "To: " + To + '\r\n'
    send += "Subject: " + "First Web Mail Test From Love6" + '\r\n'
    send += msg
    clientSocket.send(send.encode())
    clientSocket.send(endmsg.encode())
    recv8 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv8, end='')
    if recv8[:3] != '250':
        print('Data Transport goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    
    endCommand = 'QUIT\r\n'
    clientSocket.send(endCommand.encode())
    recv9 = clientSocket.recv(1024).decode()
    print(recv9, end='')
    if recv9[:3] != '221':
        print('server end goes wrong')
        clientSocket.close()
        exit(0)
    clientSocket.close()

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**实现效果**  
**`163发送端`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]

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**`qq邮箱接受端`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

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**`python 响应效果`**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]

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### 3、Writing a network program using an OS stream socket(使用操作系统流套接字编写网络程序) ###

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#### 1、Let’s get started—fetching and building the starter code(让我们开始-获取和构建启动代码) ####

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**这部分呢 对于一些不同的模拟机可能会出现各种不一样的情况  
这里呢 我们什么都不用做 直接复制运行官方给的代码 我们就能从网页上面把测试用例复制下来**

**下面是代码**

git clone https://github.com/cs144/sponge
    cd sponge
    mkdir build
    cd build
    cmake ..
    make

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**如果你直接选好一个位置 并打开终端 运行这些代码 运行截图如下的话 那恭喜你成功了（成功截图） 可以直接跳到下面的实验部分继续辣**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

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**但如果你和我一样出现了各种各样的问题的话 那我们继续往下走**  
**1、没有安装`cmake` `sudo apt-get install cmake`即可解决 环境`linux apt命令`**

**2、运行`cmake ..` `C compiler identification is unknown`或者`CXX compiler identification is unknown`**  
**那这个问题就稍微需要多花点功夫了 因为我这里也出现了问题**  
**下面是我出现问题的截图**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]

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**还记得我们在文章的开头说了需要把编译器弄成`G++-8`吗 `cmake`的默认寻找我们的编译器位置应该是`usr/bin/gcc` `usr/bin/g++` 而我去打开了`usr/bin`文件夹 发现我们之前安装的`g++ gcc`编译器的名字是`gcc-8` `g++-8` 所以我们需要更改编译器的寻找路径 `gcc g++`编译器我们所需要的 我在相同位置找到了 如图所示**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]

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**我们只需要把代码由`cmake ..` 改成**  
**`cmake .. -DCMAKE_CXX_COMPILER=/usr/bin/g++-8 -DCMAKE_C_COMPILER=/usr/bin/gcc-8` 即可 大家自己找一下自己之后安装的编译器位置就行了 然后下面是成功`cmake`的截图**  
**接着就跟上面一样的`make`即可**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 10]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 11]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 12]

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#### 2、Modern C++: mostly safe but still fast and low-level(编写代码注意事项) ####

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**下面是原文 我直接贴下来**

**●使用上的语言文档`https://en.cppreference.com`作为资源。  
●永远不要使用malloc（)或free的(）。  
●永远不要使用新的或删除的。  
●基本上永远不要使用原始指针（)，而是使用“智能”指针（唯一的ptr或  
只有在必要时才能共享。（您不需要在CS144中使用这些功能。）  
●避免使用模板、线程、锁和虚拟功能。（您不需要在CS144中使用这些功能。）  
●避免c型字符串(char str)或字符串函数(strlen()，strcpy（)）。这些都很容易出错。使用std：：字符串代替。  
●永远不要使用C样式的类型转换（例如，（FILE）x）。如果需要，请使用C++静态强制转换(通常在CS144中不需要这样)。  
●优先通过const引用传递函数参数。：连续的地址和地址）。  
●使每个变量都保持不变，除非它需要发生突变。  
●使每个方法都保持不变，除非它需要修改对象。  
●避免全局变量，并给每个变量尽可能小的范围。  
●在提交作业之前，请运行制作格式来规范编码样式。**

**关于使用Git：实验室作为Git（版本控制）存储库分发——一种记录更改、检查指向版本以帮助调试和跟踪源代码来源的方法。请在工作时经常进行小提交，并使用确定更改和原因。柏拉图式的理想是，每个提交都应该编译，并应该稳步走向通过越来越多的测试。让小“语义”提交有助于调试（更容易调试如果每个提交编译和消息描述了一个明确的提交），保护你免受作弊的索赔记录稳定的进步——这是一个有用的技能，将帮助在任何职业生涯，包括软件发展。评分人员将阅读您的提交信息，以了解您是如何为实验室开发解决方案的。如果您还没有学会如何使用Git，请在CS144办公时间寻求帮助或咨询教程(例如，https://guides.github.com/introduction/git-handbook).最后，欢迎您将代码存储在GitHub、GitLab、bi桶等的私人存储库中，但请确保您的代码不能公开访问。**

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#### 3、Reading the Sponge documentation(阅读相关文档) ####

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**下面是原文 但是链接已经打不开了 - - 这里挺重要的 所以下面就不放塑料机翻了 直接放的是原文英文**

**To support this style of programming, Sponge’s classes wrap operating-system functions(which can be called from C) in “modern” C++.**

**1. Using a Web browser, read over the documentation to the starter code at`https://cs144.github.io/doc/lab0`.  
2. Pay particular attention to the documentation for the `FileDescriptor`, `Socket`,`TCPSocket`, and `Address` classes. (Note that a `Socket` is a type of `FileDescriptor`,and a `TCPSocket` is a type of `Socket`.  
3. Now, find and read over the header files that describe the interface to these classes in the `libsponge/util` directory: `file_descriptor.hh`, `socket.hh`, and `address.hh`.**

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#### 4、Writing webget(写网络获取) ####

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**终于进入第一个动手开始写的编程了 ^^**

**我们直接少说其他的话 我们先直接进入`sponge/apps/webget.cc`看看 由于我用不惯`vim` 而且因为之前编写操作系统都是在下面这种文本编辑器下编辑的 所以在打开的时候选择了是下面这种来编辑的**

**打开后图如下**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 13]

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**我第一次拿到手的时候 还以为很多东西都是从零开始做 - - 但是还记得我上面在上一节中 专门标识了这些头文件 很明显的也可以看得见 我们也是引用了两个看起来很奇怪的文件 但又很熟悉`socket.hh` `util.hh`**

**那我们就进入编写的环节了**  
**和以往做的Lab不同 我们现在需要编写的程序 需要用`Lab` 提供的接口 这里我先说一下 做下面`Lab`首先得会看的懂`C++` 如果不会的话 很多地方都没有办法理解 - - 我的`C++`基础并不是很好 尽管刷完了北大的`C++`题 但是仅限于使用在刷力扣上面 其他地方几乎没有用过 所以做这个Lab我也是去看了很多关于 继承 `Public Private Protected` 类的相关知识**

**对于这部分我就不详细一点点的分析了 大家在编程的时候 建议打开`socket.cc` `socket.hh` `address.cc` `address.hh` `file_descriptor.cc` `file_descriptor.hh`仔细的看一下`TCPSocket`相关类的函数 我也是仔细看了很久 才了解了大部分的函数用法 - -**

**这部分让我唯一不理解的是 `socket`发送消息 我们需要`write进入` 这个其实都还好 关键是对于`UDPSocket`里面都有`send` `sendto` `TCPSocket`没有 - - 我还是推断+看别人写的才知道`send`我们是用`write`写进去的**

**还有一点 需要注意在`HTTP`格式 结束后需要再加一行`\r\n` 我在尝试了`10分钟`一直`408`后 我就发现是最后还少了`\r\n`**

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**代码如下 直接给咯**

void get_URL(const string &host, const string &path) { 
        Address addr(host,"http");
        TCPSocket client_socket;
        client_socket.connect(addr);
        string send_msg = "GET "+ path +" HTTP/1.1\r\n"+"Host: "+host+"\r\nConnection: close\r\n\r\n";
        client_socket.write(send_msg);
        string recv_msg;
        while(!(recv_msg = client_socket.read()).empty() && !client_socket.eof())
        	cout << recv_msg;
        
    
        cerr << "Function called: get_URL(" << host << "," << path << ").\n";
        cerr << "Warning: get_URL() has not been implemented yet.\n";
    }

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**我们编写好后 进入`sponge/build`目录 打开终端**  
**`make`编译 如果有错的话 去把错误改了重新编译即可**  
**`./apps/webget cs144.keithw.org /hello` 测试 里面的域名、文件可以换成 其他的**

**自己感觉测试的都没什么问题后 进入 其他测试用例的`test` 如果这个`pass`的话 基本上程序是没有什么错误的 就像`leetcode` 你尝试刚开始的测试用例 感觉都是对的之后 最后提交 大量的测试用例如果都对的话 才是真的程序正确了**  
**还是在`build`路径 输入`make check_webget` 就能看到结果 下面是我的测试结果 那这一部分就结束啦**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 14]

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### 4、An in-memory reliable byte stream(实现内存中可靠的字节流) ###

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#### 1、熟悉实验环境(byte\_stream.cc byte\_stream.hh) ####

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**当你看到这段话的时候 我已经完成了这个Lab了 但是这个编程我竟然编了大概有2-3小时 而且中间一直出错**

**其实思路相当相当的简单 我写这么久的原因是因为  
1、没有考虑到完全分层  
2、对部分函数的功能没有完全熟悉 导致一直出错  
3、对整个Lab 要求完成的功能有些地方还不是很熟悉- -**

**其实刚开始我看到Lab的时候 我就知道整体思路了 而且能够马上开始敲 - - 真没想到会写这么久 无语 今天晚上还要写明天的大物实验报告 呜呜 但是为了对`CS144`的首篇开一个好头 我也相信很多`hxd`对`CS144`开始都很懵比 也是想看看其他人是怎么做的 所以这里我会写的很详细很详细 那就走起吧**

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**我们需要修改 或者叫做 需要编写的程序是`byte_stream.cc` 和`byte_stream.hh` 那就让我们在下面看看他的真面目吧！**

**`byte_stream.cc`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 15]

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**`byte_stream.hh`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 16]

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**看到它 大家不要害怕 哈哈哈 其实我们需要编写的部分没有那么多 看到它很懵是很正常的 我刚开始看着的时候也懵 下面就先介绍一下我们的实验内容和最后要达到的效果**

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#### 2、了解实验目的 ####

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**下面放一下机翻 文档中的实验目的吧**

**到目前为止，您已经看到了可靠字节流的抽象是如何在跨互联网的通信中有用的，即使互联网本身只提供了“最大努力”（不可靠的）数据图的服务。**

**要完成本周的实验室，您将在单台计算机上的内存中实现一个提供这种抽象的对象。(您可能在CS110中也做过类似的事情。)字节被写在“输入”端，可以以相同的顺序从“输出”端读取。字节流是有限的：写入者可以结束输入，然后不能再写入更多的字节。当阅读器读到流末尾时，将达到“`EOF`”（文件末尾），不再读取字节。  
字节流还将被流控制，以限制在任何给定时间的其内存消耗。对象用一个特定的“容量”初始化：它在任何给定点愿意存储在自己的内存中的最大字节数。字节流将限制写入器在任何给定时刻的写入量，以确保该流不会超过其存储容量。当读者读取字节并从流中提取字节时，作者可以写更多内容。字节流可用于在单个线程中使用——您不必担心并发写入器/读取器、锁定或竞争条件。**

**需要说明的是：字节流是有限的，但它几乎可以任意长 在作者结束输入并完成流之前。您的实现必须能够处理`远远大于容量的流`。容量限制在给定点内存中（写入但尚未读取）的字节数，但`不限制`流的长度。`容量仅为一个字节的对象仍然可以携带t字节和t字节长的流`，`只要写入器每次继续写一个字节`，`并且阅读器在允许写入器写下一个字节之前读取每个字节。`**

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**我知道肯定会有`hxd`看的很懵 本来还有点感觉的 看了半天更懵了 哈哈哈 那我就用我的简单的寥寥几句来介绍一下吧**

**我们需要做的 就是在一个类中 就是我们的`byte_stream`中 实现字节的输入和输出 当然输入其实就是用一个数据结构来存储起来 输出就是返回 但是我们返回的不能够乱返回 需要一定的次序 且输入存储也不是无限存储 存储的大小 我们在初始化类的时候就需要指定**

**看了上面的话 如果之前刷过`力扣`或者算法题的小伙伴 是不是感觉仿佛有点熟悉的感觉了 哈哈哈 对的 其实就是你们想的那样 我们创建一个类 里面可以调用函数存储数据进去 也可以吐数据出来 只不过要按照一定的规则**

**`pay attention：` 我们不允许修改除了指定区域(增添函数部分、类`private`成员)其他以外的地方 不允许增加其他地头文件**

**好啦 如果我这样讲完 你已经开始迫不及待地打算大展拳脚的进去 开始你的实验的话 那就去吧 下面的部分是我对于每个函数 解释含义 和 一些注意点的温馨提醒 如果你做到中间发现总是出问题 那可以再回来看看下面部分**

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#### 3、函数介绍(注意事项) ####

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**那下面就进入到函数介绍时间了 其实我写那么久 主要还是因为很多函数不知道要完成什么功能 注意 这里的函数 每一部分基本上都是完全分层 除了一些函数在注释中给了你提示 要完成其他功能的- -**

**注意 建议大家思考之后 实在卡住了再看下面的函数介绍 因为下面的函数介绍也含了很多的实现思路 如果思考了很久还是没思路的话 各位看下面的可以做思路启发**

**那我就一个个讲了**  
**其实我写到现在我能够理解很多地方我之前不理解 为什么要这样做 现在能够理解了 对于一些地方 我会用`计算机网络相关术语`来解释函数实现**  
**对了 我们数据结构存储是用`string` 因为上面只`include`了一个`string` 那我们就只用这个就行了 用其他的也可以 但其实只用一个`string`的话 效率也并不是很高 - - 大家可以在上面添加其他数据结构的头文件 比如`#include <vector>` `#include<deque>` 类似的**

**最下面我提供了两种方法 一种是刚开始写的 第二种是完成了后面的一两个`Lab`后回来改进的 用的是`deque`存储 这里思路介绍用`string` 和`deque`大同小异 只是`deque`处理`string`稍微复杂了那么一丢丢**

--------------------

**`void ByteStream(const size_t capacity)`**

ByteStream::ByteStream(const size_t capacity) {  DUMMY_CODE(capacity); }

**初始化我们数据最大地存储大小 对于`string` 则是限制`size`**

--------------------

**`size_t write(const string &data)`**

size_t ByteStream::write(const string &data) { 
        DUMMY_CODE(data);
        return { };
    }

**注意 这里的功能是输入数据 也就是把数据放入的 但是你设置的最大大小只有那么多 如果你可用大小只剩下`1`了 但是放入的数据现在需要`15`的大小 我们则只放入`1`的大小 剩余的`14`全部丢弃**  
**哪怕没有可用大小了 我们仍然可以输入数据 只是全部丢弃而已**

--------------------

**`string peek_output(const size_t len)`**

string ByteStream::peek_output(const size_t len) const { 
        DUMMY_CODE(len);
        return { };
    }

**透视 哈哈 这样讲不是很好 但可以这样理解 返回我们接下来要输出的数据 即字符串 透视看的数据不计入已读数据大小**

--------------------

**`void pop_output(const size_t len)`**

void ByteStream::pop_output(const size_t len) {  DUMMY_CODE(len); }

**缓冲区假设为`15`的大小 例如路由器的缓存区为`15` 我们这里的抛弃数据 不是像数据来到 缓冲区已满而抛弃 而是主动抛弃 即把缓冲区前面的数据抛弃最大`len`大小 抛弃的数据算入已读数据**

--------------------

**`std::string read(const size_t len)`**

std::string ByteStream::read(const size_t len) { 
        DUMMY_CODE(len);
        return { };
    }

**注意这里 功能是读取 但是读取的话 我们需要把读取的内容废弃 也就是从缓冲区扔出去 `read`之后 已读数据需要加上读取内容的大小**

--------------------

**`void end_input()`**  
**`bool input_ended() const`**

void ByteStream::end_input() { }
    bool ByteStream::input_ended() const {  return { }; }

**上面两个函数我就一起说 这两个函数不是我们主动调用的 也就是我们的函数里面不应该主动调用 而是我们的测试用例调用 调用`end_input`表示停止输入了 则如果测试用例仍然输入数据的话 测试用例那边会调用`input_ended`看是否结束了 我感觉我讲的也太详细了点 哈哈**

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**`size_t buffer_size() const`**  
**`bool buffer_empty() const`**

size_t ByteStream::buffer_size() const {  return bytes.size(); }
    bool ByteStream::buffer_empty() const {  return bytes.empty(); }
    bool ByteStream::eof() const {  return buffer_empty() && is_end; }

**`buffer_size`是说明你的缓冲区还有多大 其实这个缓冲区不是说的输入的全部大小还剩下多少 而是你的数据还有多少可以输出的 比如路由器缓冲区全大小`15` 你的路由器数据里面放了`10`大小 调用这个函数则返回`10` 而不是`5`**

**`buffer_empty`结合上面的函数介绍 理解一下 不多说了**  
**`eof` 是否到了文件末尾 对于输入的话 测试用例看`input_end` 对于输出数据的话 是看`eof` 注意哪怕缓冲区为0 仍然是可以输出的 只不过输出的数据为0而已 因为接下来仍然可以输入数据 然后再输出 后面还有点话 我就省下来不说了 因为说了 大家对于这个地方的理解就太少了 哈哈**

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**`size_t bytes_written() const`**  
**`size_t bytes_read() const`**  
**`size_t remaining_capacity() const`**

size_t ByteStream::bytes_written() const {  return haswritten;}
    size_t ByteStream::bytes_read() const {  return hasread;}
    size_t ByteStream::remaining_capacity() const {  return maxsize - bytes.size(); }

**对于`bytes_written`和`bytes_read` 看名字即可 就是函数名字的意思 返回累积写入字数和累积读取字数 `remaining_capacity`才是 比如路由器大小`15` 缓冲区占了`10` 这个函数返回`5` \- -**

**好了 对于要编写的函数我就全部介绍完了 应该找不到比我介绍的还详细的博客了吧 哈哈 其实我介绍完了 对于各位已经难度小了很大一截了 我认为已经容易很多了 如果之前我看了这些函数的介绍 理解的比较清楚的话 应该花不到30分钟就可以编写调试完了**

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#### 4、简易代码实现(byte\_stream.cc byte\_stream.hh)(string效率不高) ####

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**下面就是我的全部函数实现了 这个实现的时间超级长 因为`string`的`erase`效率因为不高 是一个连续的内容空间 还有`string +=`的效率也很低 所以就导致时间很长 对于没有一点点思路的好兄弟 可以先看一下`string的实现`**

##### 代码实现(byte\_stream.hh) #####

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#ifndef SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH
    #define SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH
    
    #include <string>
    
    //! \brief An in-order byte stream.
    
    //! Bytes are written on the "input" side and read from the "output"
    //! side. The byte stream is finite: the writer can end the input,
    //! and then no more bytes can be written.
    class ByteStream { 
      private:
        std::string bytes = "";
        size_t maxsize = 0,hasread = 0,haswritten = 0;
        bool is_end = false;
        bool _error = false;  //!< Flag indicating that the stream suffered an error.
    
      public:
        //! Construct a stream with room for `capacity` bytes.
        ByteStream(const size_t capacity);
    
        //! \name "Input" interface for the writer
        //!@{ 
    
        //! Write a string of bytes into the stream. Write as many
        //! as will fit, and return how many were written.
        //! \returns the number of bytes accepted into the stream
        size_t write(const std::string &data);
    
        //! \returns the number of additional bytes that the stream has space for
        size_t remaining_capacity() const;
    
        //! Signal that the byte stream has reached its ending
        void end_input();
    
        //! Indicate that the stream suffered an error.
        void set_error() {  _error = true; }
        //!@}
    
        //! \name "Output" interface for the reader
        //!@{ 
    
        //! Peek at next "len" bytes of the stream
        //! \returns a string
        std::string peek_output(const size_t len) const;
    
        //! Remove bytes from the buffer
        void pop_output(const size_t len);
    
        //! Read (i.e., copy and then pop) the next "len" bytes of the stream
        //! \returns a string
        std::string read(const size_t len);
    
        //! \returns `true` if the stream input has ended
        bool input_ended() const;
    
        //! \returns `true` if the stream has suffered an error
        bool error() const {  return _error; }
    
        //! \returns the maximum amount that can currently be read from the stream
        size_t buffer_size() const;
    
        //! \returns `true` if the buffer is empty
        bool buffer_empty() const;
    
        //! \returns `true` if the output has reached the ending
        bool eof() const;
        //!@}
    
        //! \name General accounting
        //!@{ 
    
        //! Total number of bytes written
        size_t bytes_written() const;
    
        //! Total number of bytes popped
        size_t bytes_read() const;
        //!@}
    };
    
    #endif // SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH

--------------------

##### 代码实现(byte\_stream.cc) #####

--------------------

#include "byte_stream.hh"
    
    // Dummy implementation of a flow-controlled in-memory byte stream.
    
    // For Lab 0, please replace with a real implementation that passes the
    // automated checks run by `make check_lab0`.
    
    // You will need to add private members to the class declaration in `byte_stream.hh`
    
    template <typename... Targs>
    void DUMMY_CODE(Targs &&... /* unused */) { }
    
    using namespace std;
    
    ByteStream::ByteStream(const size_t capacity)
    { 
        maxsize = capacity;
    }
    
    size_t ByteStream::write(const string &data)
    { 
        size_t size = (data.size() <= remaining_capacity()) ? data.size() : remaining_capacity();
        bytes += data.substr(0,size);
        haswritten += size;
        return size;
    }
    
    //! \param[in] len bytes will be copied from the output side of the buffer
    string ByteStream::peek_output(const size_t len) const
    { 
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size();
        string str = bytes.substr(0,size);
        return str;
    }
    
    //! \param[in] len bytes will be removed from the output side of the buffer
    void ByteStream::pop_output(const size_t len) 
    {  
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size();
        bytes.erase(0,size);
        hasread += size;
    }
    
    //! Read (i.e., copy and then pop) the next "len" bytes of the stream
    //! \param[in] len bytes will be popped and returned
    //! \returns a string
    std::string ByteStream::read(const size_t len)
    { 
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size(); 
        string ret = peek_output(size);
        pop_output(size);
        return ret;
    }
    
    
    void ByteStream::end_input() { is_end = true;}
    
    bool ByteStream::input_ended() const {  return is_end; }
    
    size_t ByteStream::buffer_size() const {  return bytes.size(); }
    
    bool ByteStream::buffer_empty() const {  return bytes.empty(); }
    
    bool ByteStream::eof() const {  return buffer_empty() && is_end; }
    
    size_t ByteStream::bytes_written() const {  return haswritten;}
    
    size_t ByteStream::bytes_read() const {  return hasread;}
    
    size_t ByteStream::remaining_capacity() const {  return maxsize - bytes.size(); }

--------------------

#### 4、编译运行 测试用例检验程序 (100% tests passed) ####

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**老样子 我们还是在`sponge/build` 里面`make`**  
**如果编写好了 编译也通过了 想看一下的话 直接输入`make check_lab0`**

**下面是我最后的测试结果 `100% tests passed`**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 17]

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#### 5、优化代码实现(byte\_stream.cc byte\_stream.hh)(deque效率较高) ####

--------------------

##### 代码实现(byte\_stream.hh) #####

--------------------

#ifndef SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH
    #define SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH
    
    #include <string>
    #include <deque>
    
    //! \brief An in-order byte stream.
    
    //! Bytes are written on the "input" side and read from the "output"
    //! side. The byte stream is finite: the writer can end the input,
    //! and then no more bytes can be written.
    class ByteStream { 
      private:
        std::deque<char> bytes{ };
        size_t maxsize = 0,hasread = 0,haswritten = 0;
        bool is_end = false;
        bool _error = false;  //!< Flag indicating that the stream suffered an error.
    
      public:
        //! Construct a stream with room for `capacity` bytes.
        ByteStream(const size_t capacity);
    
        //! \name "Input" interface for the writer
        //!@{ 
    
        //! Write a string of bytes into the stream. Write as many
        //! as will fit, and return how many were written.
        //! \returns the number of bytes accepted into the stream
        size_t write(const std::string &data);
    
        //! \returns the number of additional bytes that the stream has space for
        size_t remaining_capacity() const;
    
        //! Signal that the byte stream has reached its ending
        void end_input();
    
        //! Indicate that the stream suffered an error.
        void set_error() {  _error = true; }
        //!@}
    
        //! \name "Output" interface for the reader
        //!@{ 
    
        //! Peek at next "len" bytes of the stream
        //! \returns a string
        std::string peek_output(const size_t len) const;
    
        //! Remove bytes from the buffer
        void pop_output(const size_t len);
    
        //! Read (i.e., copy and then pop) the next "len" bytes of the stream
        //! \returns a string
        std::string read(const size_t len);
    
        //! \returns `true` if the stream input has ended
        bool input_ended() const;
    
        //! \returns `true` if the stream has suffered an error
        bool error() const {  return _error; }
    
        //! \returns the maximum amount that can currently be read from the stream
        size_t buffer_size() const;
    
        //! \returns `true` if the buffer is empty
        bool buffer_empty() const;
    
        //! \returns `true` if the output has reached the ending
        bool eof() const;
        //!@}
    
        //! \name General accounting
        //!@{ 
    
        //! Total number of bytes written
        size_t bytes_written() const;
    
        //! Total number of bytes popped
        size_t bytes_read() const;
        //!@}
    };
    
    #endif // SPONGE_LIBSPONGE_BYTE_STREAM_HH

--------------------

##### 代码实现(byte\_stream.cc) #####

--------------------

#include "byte_stream.hh"
    
    // Dummy implementation of a flow-controlled in-memory byte stream.
    
    // For Lab 0, please replace with a real implementation that passes the
    // automated checks run by `make check_lab0`.
    
    // You will need to add private members to the class declaration in `byte_stream.hh`
    
    template <typename... Targs>
    void DUMMY_CODE(Targs &&... /* unused */) { }
    
    using namespace std;
    
    ByteStream::ByteStream(const size_t capacity)
    { 
        maxsize = capacity;
    }
    
    size_t ByteStream::write(const string &data)
    { 
        size_t size = (data.size() <= remaining_capacity()) ? data.size() : remaining_capacity();
        string insert_bytes = data.substr(0,size);
        bytes.insert(bytes.end(),insert_bytes.begin(),insert_bytes.end());
        haswritten += size;
        return size;
    }
    
    //! \param[in] len bytes will be copied from the output side of the buffer
    string ByteStream::peek_output(const size_t len) const
    { 
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size();
        string str;
        str.assign(bytes.begin(),bytes.begin()+size);
        return str;
    }
    
    //! \param[in] len bytes will be removed from the output side of the buffer
    void ByteStream::pop_output(const size_t len) 
    {  
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size();
        bytes.erase(bytes.begin(),bytes.begin()+size);
        hasread += size;
    }
    
    //! Read (i.e., copy and then pop) the next "len" bytes of the stream
    //! \param[in] len bytes will be popped and returned
    //! \returns a string
    std::string ByteStream::read(const size_t len)
    { 
        size_t size = (len <= buffer_size()) ? len : buffer_size(); 
        string ret = peek_output(size);
        pop_output(size);
        return ret;
    }
    
    
    void ByteStream::end_input() { is_end = true;}
    
    bool ByteStream::input_ended() const {  return is_end; }
    
    size_t ByteStream::buffer_size() const {  return bytes.size(); }
    
    bool ByteStream::buffer_empty() const {  return bytes.empty(); }
    
    bool ByteStream::eof() const {  return buffer_empty() && is_end; }
    
    size_t ByteStream::bytes_written() const {  return haswritten;}
    
    size_t ByteStream::bytes_read() const {  return hasread;}
    
    size_t ByteStream::remaining_capacity() const {  return maxsize - bytes.size(); }

--------------------

#### 5、编译运行 测试用例检验程序 (100% tests passed) ####

--------------------

**下面是截图了 终于写完了 希望能够有一些帮助 那各位下一个`Lab`再见了**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 18]

[CS144 Lab Assignments]: https://cs144.github.io/
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/dcf16d4300db4e1697fbd01da21aec4f.png
[Vmware Station _Ubuntu]: https://love6.blog.csdn.net/article/details/117751327
[WIN10_ UBuntu Vmware tools Lab_ _]: https://blog.csdn.net/qq_37500516/article/details/113190640
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBATG92ZSA2_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/fb4e302d798346a08b5686768d36e643.png
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