STM32+esp8266实现单片机与服务器的WiFi通信

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stm32: 一些stm32模块使用经验记录 – Gitee.comhttps://gitee.com/lrf1125962926/stm32/tree/esp8266wifi%E9%80%9A%E4%BF%A1/

设计概述：

本实验采用STM32F1系列+esp8266 01s模块，采用HAL库开发。主控芯片哪个系列和型号都可以，只要有两个串口（UART或者USART，以下统称串口）就行。把串口配置好，可以直接移植使用。

很多博主都写过STM32+esp8266的文章，但大部分都只讲一种用法或者介绍的比较模糊，翻了很多都没看懂到底要怎么操作这个WiFi模块，于是就自己埋头扒了几天官方文档，大致理了一个通用模型，把模块的工作模式分为5个，WiFi状态分为3个。

至于为什么分为5种模式，是参考了官方的测试文档：

在开始写代码前，我建议各位先用esp-link（固件烧录器，没有就买一个，便宜，实在不想要也行，用TTL转串口）接上模块，连接电脑，用串口把指令熟悉一下，把这5种模式过一遍，文档地址：

4B-ESP8266__AT Command Examples__CN (espressif.com.cn)https://www.espressif.com.cn/sites/default/files/documentation/4b-esp8266_at_command_examples_cn.pdf这样模块的大致工作流程就清楚了，代码写起来才条理清晰。

因为要使用服务器和客户端，电脑可以使用NetAssist，软件很好找；手机端应用商店搜TCP，大部分都能用，最好是有4个选项，TCP的服务器和客户端，UDP的服务器和客户端。

建议大家电脑端和手机端配合使用，电脑端建服务器，手机和esp连；手机建服务器，电脑和esp连；esp建服务器，电脑和手机连。

代码设计框架：

代码整体需要对3个部分进行编写，串口1，串口2，esp模块。

串口：

由于HAL库有回调机制，串口2的中断回调函数就放在了串口1

串口1和2大致相同，采用正点原子的设计，有缓冲数组和接收完成标志位。

串口2要做一点调整：

将原来的部分注释，增加新的接收条件。这个主要是因为esp的AT指令在末尾要加上回车换行才能生效，每次模块返回的数据不知为啥又以回车换行开始，索性我就直接丢弃。

串口的代码可以从正点原子的例程中拷贝，都一样。注意要理解清楚接收完成标志位的含义，这个标志位的不同bit设计很巧妙，用好了事半功倍。

esp8266：

初始化函数：

/**
 * @brief       esp8266wifi模块初始化
 * @param       RUNmode：1为单连接TCP，esp做客户端;
 *                       2为UDP传输;
 *                       3为TCP透传;
 *                       4为UDP透传;
 *                       5为多连接TCP，esp做服务器;
 * @param       wifi_mode: 1为Station 模式，连接外部wifi
 *                         2为SoftAP 模式，开启热点
 *                         3为SoftAP+Station 双模式
 * @note        检测IP是否获得：AT+CIFSR
 *              若要更换模块使用方式，重新调用初始化即可
 *              模块只有在RUNmode为模式5开启服务器后才能作为服务器，其余均为Station客户端
 *              
 * @retval      0为错误，1为初始化完成
 */
uint8_t esp8266_Init(uint8_t RUNmode,uint8_t wifi_mode)

1、就从初始化函数开始，这是这个project集成度最高的函数，调用了所有底层函数。这个函数的逻辑就是按照参考手册给的指令集，根据传参RUNmode的值，分别对应5种运行模式进行初始化。

2、开头定义变量，进行常规配置，因为可能每次用到的模式不同，所以在开头加了恢复出厂设置（复位模块，这里用的函数调用），关闭回显和IP显示看个人喜好，回显就是发送指令后，模块会先返回收到的指令，再返回响应值。

uint8_t ERROR_count=0;//ERROR_count用于计数错误时的尝试次数
    uint8_t esp_state=esp8266_OK;//获取当前的工作模式
    char temp1[MAX_temp_array];//用于字符串连接
    
    esp8266wifi_working_mode=RUNmode;//保存全局工作模式
    printf("\r\nESP8266wifi模块正在初始化\r\n");
    esp8266wifi_reset();//复位模块       

	esp8266wifi_send_cmd("ATE0",0,normal_waittime);//关闭回显
    esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPDINFO=0",0,normal_waittime);//关闭显示IP和端口

    esp8266wifi_set_wifi_mode(wifi_mode);//设置wifi模式

esp8266wifi_working_mode是一个全局变量，有的函数需要用到。

这里的esp8266wifi_send_cmd函数先简单介绍一下，作用是通过串口发送数据，放到后面的底层调用来讲。第一个传参是要发送的字符串；第二个是要检查的字符串，检查模块有没有反回这个子串，这里给0是不检查返回；第三个是等待时间。

复位函数：

/**
 * @brief       恢复出厂设置
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void esp8266wifi_reset(void)
{
    printf("正在复位...\n");
	esp8266wifi_send_cmd("AT+RESTORE",0,normal_waittime);
    delay_ms(1000);
    printf("复位完成\n");
}

esp8266wifi_set_wifi_mode(wifi_mode);//设置wifi模式是一个自定义函数，发送AT+CWMODE指令。

/**
 * @brief       设置Wi-Fi模式
 * @param       mode: 1为Station 模式，客户端
 *                    2为SoftAP 模式，开启热点
 *                    3为SoftAP+Station 双模式
 * @retval      无
 */
void esp8266wifi_set_wifi_mode(uint8_t mode)
{
    switch (mode)
    {
        case 1:
            esp8266wifi_send_cmd("AT+CWMODE=1",0,normal_waittime);
            break;
        case 2:
            esp8266wifi_send_cmd("AT+CWMODE=2",0,normal_waittime);
            break;
        case 3:
            esp8266wifi_send_cmd("AT+CWMODE=3",0,normal_waittime);
            break;
        default:
            break;
    }
}

3、接下来就是判断WIFI模式，开启热点还是连接WIFI，sprintf的作用是合并字符串，可以百度用法，传参用到的两个宏定义，就是WiFi名字和密码。

if(wifi_mode==wifi_mode_Station)//连接WIFI
    {
        sprintf(temp1,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"",SoftAP_WIFI_SSID,SoftAP_WIFI_PASSWORD);
        ERROR_count=0;
        printf("\r\n正在连接WIFI...\r\n");
        do//连接WIFI
        {            
            esp_state=esp8266wifi_send_cmd(temp1,"OK",MAX_waittime);
            if(esp_state==esp8266_ERROR)
            {               
                ERROR_count++;
                delay_ms(1000);//延时1s
                if(ERROR_count==esp8266_Init_Try_Time)
                {    
                    printf("\r\n连接WIFI失败\r\n");
                    return esp8266_ERROR;
                }
            }
        }while(esp_state!=esp8266_OK);
        printf("\r\nWIFI连接成功\r\n");
    }

这里用了一个do-while语句用来在连接失败时尝试重新连接，一定次数（esp8266_Init_Try_Time，我用的5次）后放弃并结束初始化。

还有下面的else部分没有放，代码逻辑同理，用于设置esp的WiFi名字和密码，只要修改对应的sprintf就行，不做讲解。

4、接下来就是模式1，根据手册指令，第一步配置 WiFi 模式我放到了初始化函数的开头，因为每个模式都需要设置；第二部连接路由器在上一张图做了讲解；第三步查询地址这里不需要；第四步连接服务器，也就是这里代码所展示的。

if(RUNmode==mode_1_TCP_Client)//单连接TCP,esp做Station客户端
    {       
        esp8266wifi_set_trans_mode(0);//设置为普通传输模式，非透传
        esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPMUX=0",0,normal_waittime);//单连接模式                    
        sprintf(temp1,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%s",esp8266wifi_TCP_IP,esp8266wifi_TCP_PORT);
        ERROR_count=0;
        printf("\r\n正在连接服务器...\r\n");
        do//esp作为客户端连接到服务器
        {
            esp_state=esp8266wifi_send_cmd(temp1,"CONNECTED",MAX_waittime);
            if(esp_state==esp8266_ERROR)
            {                
                ERROR_count++;
                delay_ms(1000);
                if(ERROR_count==esp8266_Init_Try_Time)
                {          
                    printf("\r\n连接到服务器失败\r\n");             
                    return esp8266_ERROR;
                }
            }
        }while(esp_state!=esp8266_OK);
        printf("\r\n成功连接到服务器\r\n");
    }

其中esp8266wifi_set_trans_mode(0);//设置为普通传输模式是一个自定义函数：

/**
 * @brief       设置传输模式
 * @param       mode: 0为普通传输模式
  *                  1为透传模式，仅⽀持 TCP 单连接和 UDP 固定通信对端的情况
 * @retval      无
 */
void esp8266wifi_set_trans_mode(uint8_t mode)
{
    switch (mode)
    {
        case 0:
            esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPMODE=0",0,normal_waittime);
            break;
        case 1:
            esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPMODE=1",0,normal_waittime);
            break;
        default:
            break;
    }
}

在电脑串口测试过程中，经常会遇到某一配置未更改，以至于当前配置失败的问题，因为单片机想要加入这一识别能力比较繁琐，所以我在每种模式配置时都加入了对应的前置条件，手册没写，我这里设置一遍以防万一。

后面的4种模式原理也都是一样，可以按着我的方法，根据手册的配置指导来写。初始化时只需要配置到连接服务器，这样esp就可以接收数据了，发送数据和接收数据作为一个单独的模块去调用。

esp发送数据：

手册中每种模式的发送数据部分，除了透传，都是要先指定数据长度，再发送数据。但是单连接和多连接的指令也不太一样，所以我写了5种模式的发送函数，再用一个封装后的发送函数，根据初始化时的设置自动调用对应的函数。

1、模式2UDP比较有代表性：

//模式2
/**
 * @brief       UDP，esp发送数据到远端
 * @param       *data: 要发送的数据
 * @retval      state：返回1发送成功，0则失败
 */
uint8_t mode_2_send_date(char *Data)
{
    uint8_t state = esp8266_OK;//发送成功状态
    char str1[MAX_temp_array];  

    //发送数据
    if(esp8266wifi_UDP_mode==0)//远端固定
    {
        sprintf(str1,"AT+CIPSEND=%d,%d",esp8266wifi_UDP_Link_ID,strlen(Data)+2);
    }
    else if(esp8266wifi_UDP_mode==2)//远端可变
    {
        sprintf(str1,"AT+CIPSEND=%d",strlen(Data)+2);
    }
    
    esp8266wifi_send_cmd(str1,">",normal_waittime);
    state=esp8266wifi_send_cmd(Data,"SEND OK",MAX_waittime);
    return state;
}

2、封装函数：

/**
 * @brief       esp8266模块发送数据
 * @param       *data：要发送的数据
 * @param       ID：要收到数据的ID号
 * @retval      result：返回1发送成功，0则失败
 */
uint8_t esp8266_send_data(char *data,uint8_t ID)
{
	uint8_t result=esp8266_OK, mode = esp8266wifi_working_mode;
    switch (mode)
    {
        case 1:
            result = mode_1_send_date(data);
            break;
        case 2:
            result = mode_2_send_date(data);
            break;
        case 3:                        
        case 4:
            mode_3_and_4_send_date(data);           
            break;
        case 5:
            result = mode_5_send_date(data,ID);           
            break;
        default:
            break;
    }
	return result;
}

3、透传模式的发送不太一样，需要进入透传发送状态，发送AT+CIPSEND后，模块会返回一个符号“>”，这时不需要指定长度，直接输入要发送的数据。想要退出透传状态，需要发送“+++”，具体细节查看手册。要使用这两个函数时，在透传模式初始化结束后，主函数调用即可。

/**
 * @brief       开启透传发送
 * @param       无
 * @note        仅⽀持 TCP 单连接和 UDP 固定通信对端的情况
 * @retval      state：返回1成功，0则失败
 */
void esp8266_start_trans(void)
{
	esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPSEND",">",MAX_waittime);
}



/**
 * @brief       退出透传发送
 * @param       无
 * @retval      result：返回1发送成功，0则失败
 */
uint8_t esp8266_quit_trans(void)
{
	uint8_t result=esp8266_OK;
	esp8266wifi_send_string("+++");
	delay_ms(1000);					
	result=esp8266wifi_send_cmd("AT","OK",MAX_waittime);
	if(!result)
		printf("quit_trans failed!");
	else
		printf("quit_trans success!");
	return result;
}

esp接收数据：

在串口发送数据时可以看到，使用非透传模式下的信息传输，esp在接收到数据后会向串口返回+IPD，<link ID>，数据长度：数据。在多连接下才有<link ID>。在透传模式下直接取出串口缓冲数组，在其他模式下做相应的数据截取。

/**
 * @brief       接收数据处理，对esp8266返回的数据进行解码,并清除串口接收完成标志位
 * @param       *true_data：接收到的有效数据
 * @note        以下是esp8266返回数据的HEX显示与16进制显示,串口接收数据时，已在串口接收中断中滤除开头的0D 0A
 * 
 *              +IPD,4:qq
 *              0D 0A      2B 49 50 44 2C(,) 34 3A(:) 71 71      0D 0A
 *
 *              +IPD,0,4:qq
 *              0D 0A      2B 49 50 44 2C(,) 30 2C(,) 34 3A(:) 71 71       0D 0A 
 * 
 * @retval      ID:发送数据的ID
 */
uint8_t esp8266_receive_data(char *true_data,uint8_t old_date[])
{
    uint8_t ID=0;//多连接模式的ID号
    uint8_t date_byte=5;//默认从第一个逗号后一位开始，逗号以前的“+IPD”和逗号都不要（+IPD,）
    uint8_t j,mode = esp8266wifi_working_mode;
    char temp[MAX_temp_array];

    if((mode==mode_3_TCP_transparent)||(mode==mode_4_UDP_transparent))
    {
        sprintf(true_data,"%s",(char *)old_date);
    }
    else
    {
        if(mode==mode_5_TCP_Server)//多连接模式
        {
            ID = old_date[5];
        }  
        while(old_date[date_byte]!=0x3A)//冒号(:)
        {           
            date_byte++;
        }
        date_byte++;//跳过冒号(:)
        while(old_date[date_byte]!='\0')
        {           
            temp[j] = old_date[date_byte];
            date_byte++;
            j++;
        }    
        temp[j] = '\0';//结束符
        sprintf(true_data,"%s",temp);
    }                   
    return ID;
}

底层函数：

1、首先是调用率最高的stm32通过串口向esp8266发送数据函数，这里需要注意的是有返回值校验部分，如果形参传值0，则不进行校验。waittime参数用于等待模块返回的时间，有新数据返回则刷新等待时间。

/**
 * @brief       向esp8266wifi发送指令,自动加上回车换行
 * @param       *cmd: 要发送的指令
 *              *expect: 期望指令，检查模块返回值，查看指令执行情况,若不检查，调用时给0（不带引号）
 *              waittime: 等待数据接收时常(ms)，等待模块回应的最大时间
 * @retval      state：应答正确返回1，0则失败
 */
uint8_t esp8266wifi_send_cmd(char *cmd,uint8_t *expect,int waittime)
{
	uint8_t state=0;
    int waittime_old=waittime;
    char esp8_rx_data[MAX_temp_array];
    char temp[MAX_temp_array];         
	
    esp8266wifi_rx_sta=0;  
    sprintf(temp,"%s\r\n",cmd);
	esp8266wifi_send_string(temp);
    while ((esp8266wifi_USART->SR & 0X40) == 0);    
	if(waittime)		
	{
		while(--waittime)	
		{
			delay_ms(1);
			if(esp8266wifi_rx_sta&0X8000)
			{
                waittime=waittime_old;                
                sprintf(esp8_rx_data,"%s",(char *)esp8266wifi_rx_buf);
                // printf("模块返回:%s\n",esp8_rx_data);
                if(expect)
                {
                    if(esp8266wifi_check_cmd(expect,esp8_rx_data))
                    {
                        state=esp8266_OK;
                        printf("模块应答正确: %s\n",expect);                                                                  
                    }                   
                }				
				esp8266wifi_rx_sta=0;//清空接收完成标志位
			} 
		} 
	}
    
	return state;
}

2、字符串校验

/**
 * @brief       检测应答指令
 * @param       *str: 要验证的预期结果
 * @retval      *strx：与预期相同返回原字符串，不同则返回NULL
 */
uint8_t* esp8266wifi_check_cmd(uint8_t *str_target,char *str_rx)
{

    str_rx=strstr((const char*)str_rx,(const char*)str_target);
	
    return (uint8_t *)str_rx;
}

3、关闭连接函数

/**
 * @brief       关闭当前的连接
 * @param       ID：多连接关闭的ID,需要关闭的连接 ID 号。当 ID 为 5 时，关闭所有连接。
 *                  （开启 server 后 ID 为 5 ⽆效）   
 */
void esp8266wifi_close_connect(uint8_t ID)
{
    uint8_t num=esp8266wifi_working_mode;//获取当前的工作模式
    if(num==1)//关闭单连接
    {
        esp8266wifi_send_cmd("AT+CIPCLOSE",0,MAX_waittime);//关闭单连接
    }
    else if(num==2)//关闭多连接
    {
        char str1[20];
        sprintf(str1,"AT+CIPCLOSE=%d",ID);
        esp8266wifi_send_cmd(str1,0,MAX_waittime);
    }
    
}

esp8266.h：

#ifndef _8266wifi_H
#define _8266wifi_H
#include "sys.h"
#include "usart2.h"





/******************************************************************************************/
/* 串口更改，可以改为任意配置好的USART */
/*串口，接收完成标志位，接收缓冲，串口发送函数*/
#define esp8266wifi_USART               USART2_UX
#define esp8266wifi_rx_sta              g_usart2_rx_sta
#define esp8266wifi_rx_buf              g_usart2_rx_buf
#define esp8266wifi_send_string         usart2_send_string


/******************************************************************************************/
/*服务器wifi 信息*/
/*名称，密码*/
#define SoftAP_WIFI_SSID           "1111111"
#define SoftAP_WIFI_PASSWORD       "11111111"

/*esp8266作为Station客户端wifi 信息*/    
/*名称，密码，通道，加密方式*/

/*加密方式
0：OPEN
2：WPA_PSK
3：WPA2_PSK
4：WPA_WPA2_PSK
*/
#define esp8266wifi_WIFI_SSID           "NiDie"
#define esp8266wifi_WIFI_PASSWORD       "12345678"
#define esp8266wifi_WIFI_channal        1
#define esp8266wifi_WIFI_encoding       4

/******************************************************************************************/
/*TCP传输信息*/ 

/*esp作为SoftAP服务器的IP和端口信息*/    
#define esp8266wifi_SoftAP_IP           "192.168.4.1"
#define esp8266wifi_SoftAP_PORT         "8080"


/*esp作为Station客户端，要接入的服务器IP和端口信息*/ 
#define esp8266wifi_TCP_IP          "192.168.1.111"
#define esp8266wifi_TCP_PORT        "8081"



/******************************************************************************************/
/*UDP传输信息*/
/*UDP远端和TCP的服务器使用同一组IP和端口，方便调试*/
/*IP，远程端口，连接ID，本地端口，端口保持*/ 
#define esp8266wifi_UDP_IP              "192.168.1.113"
#define esp8266wifi_UDP_SoftAP_PORT     "8081"
#define esp8266wifi_UDP_Link_ID          4
#define esp8266wifi_UDP_Local_PORT       "1112"


#define esp8266wifi_UDP_mode             2
/*
‣ 0：收到数据后，不更改远端⽬标，默认值为 0
‣ 1：收到数据后，改变⼀次远端⽬标
‣ 2：收到数据后，改变远端⽬标
*/
/*0 表示当前 UDP 传输建⽴后，UDP 远端不会被其他设备更改；即使有其他设备通过 UDP 协议发数据到
ESP8266 UDP 端⼝ 1112，ESP8266 的第 4 号 UDP 传输的远端也不会被替换，使⽤指令 
“AT+CIPSEND=4, X” 发送数据，仍然是当前固定的 PC 端收到。*/
/*2 表示当前 UDP 传输建⽴后，UDP 传输远端仍然会更改；UDP 传输远端会⾃动更改为最近⼀个与
ESP8266 UDP 通信的远端。*/


/*********************************************************************************************/
/*变量定义*/
/*数组最大值，等待回复时间,不校验时的等待时间*/ 
#define MAX_temp_array 200
#define MAX_waittime 3000
#define normal_waittime 200

/*工作模式*/
extern uint8_t esp8266wifi_working_mode;

/*初始化错误时的尝试次数*/
#define esp8266_Init_Try_Time 5
/*********************************************************************************************/
/*底层函数*/

uint8_t* esp8266wifi_check_cmd(uint8_t *str_target,char *str_rx);
void esp8266wifi_reset(void);
void esp8266wifi_set_trans_mode(uint8_t mode);
void esp8266wifi_set_wifi_mode(uint8_t mode);
uint8_t esp8266wifi_send_cmd(char *cmd,uint8_t *expect,int waittime);
void esp8266wifi_close_connect(uint8_t ID);


/*5种模式发送数据,可单独调用*/
uint8_t mode_1_send_date(char *data);
uint8_t mode_2_send_date(char *Data);
uint8_t mode_2_send_date_IP(char *Data,char *SendIP,uint16_t SendPort);
void mode_3_and_4_send_date(char *data);
uint8_t mode_5_send_date(char *Data,uint8_t Link_ID);



/*********************************************************************************************/
/*用户调用函数*/
void esp8266_start_trans(void);
uint8_t esp8266_quit_trans(void);
uint8_t esp8266_Init(uint8_t RUNmode,uint8_t wifi_mode);
uint8_t esp8266_send_data(char *data,uint8_t ID);
uint8_t esp8266_receive_data(char *true_data,uint8_t old_date[]);



/*********************************************************************************************/
/*初始化函数传参定义*/

/*工作模式定义*/
#define mode_1_TCP_Client 1
#define mode_2_UDP 2
#define mode_3_TCP_transparent 3
#define mode_4_UDP_transparent 4
#define mode_5_TCP_Server 5

/*wifi模式:1为连接模式，2为热点模式，3为双开*/
#define wifi_mode_Station 1
#define wifi_mode_SoftAP 2
#define wifi_mode_SoftAP_Station 3

/*返回值状态*/
#define esp8266_OK 1
#define esp8266_ERROR 0



#endif

主函数main.c：

目的是在于检查信息的发送是否正确，电脑串口控制esp进行数据的发送和读取。

int main(void)
{

    
    HAL_Init();                                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);                     /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                                         /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                                     /* 初始化串口 */
    led_init();                                             /* 初始化LED */
	// OLED_Init();
    usart2_init(115200);

    if(esp8266_Init(mode_1_TCP_Client,wifi_mode_Station)==esp8266_OK)
    {
        printf("\r\nesp8266 模式 %d 初始化完成!\r\n",mode_1_TCP_Client);
    }
    else
    {
        printf("\r\nesp8266初始化失败\r\n");
        while(1)
        {
            LED0_TOGGLE();
            delay_ms(200);
        }
    }
    

    char rx_data[128];
    uint8_t ID=0;
    while (1)
    {
        if(esp8266wifi_rx_sta&0X8000)//esp收到的信息通过串口一打印
        {
            printf("\nGot Date!\n");
            ID = esp8266_receive_data(rx_data,esp8266wifi_rx_buf);
            if(ID)
            {                
                printf("ID :%d,收到的信息: %s\n",ID,rx_data);
            }
            else
            {
                printf("收到的信息: %s\n",rx_data);
            }
            esp8266wifi_rx_sta=0;
        }
        if(g_usart_rx_sta&0X8000)   //串口一收到的信息发送到esp  
        {           
            while ((USART_UX->SR & 0X40) == 0);     /* 等待上一个字符发送完成 */
            esp8266_send_data((char *)g_usart_rx_buf,ID);
            // printf("%s\n",g_usart_rx_buf);
            g_usart_rx_sta = 0;
        }

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(500);
    }
}

实验现象：

开始实验前要打开电脑端的服务器，这里初始化用的模式1。等待初始化完成即可发送信息。网络助手和esp进行数据通信。

总结：

本次实验有很多可以改进的地方，比如等待时间长，初始化时间也长。但是有点懒，就放着吧。读者有什么建议都可以找我，有问题的还请指正。

原文链接：https://blog.csdn.net/plmm__/article/details/132409339