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基于Visual C++的Winsock API研究

2019-11-17 05:11:43
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供稿:網(wǎng)友
[文章信息]作者:劉 濤時間:2003-01-02出處:yesky責(zé)任編輯:方舟[文章導(dǎo)讀]為了方便網(wǎng)絡(luò)編程,Microsoft聯(lián)合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網(wǎng)絡(luò)編程接口,即Windows Sockets規(guī)范
為了方便網(wǎng)絡(luò)編程,90年代初,由Microsoft聯(lián)合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網(wǎng)絡(luò)編程接口,即Windows Sockets規(guī)范,它不是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,而是一套開放的、支持多種協(xié)議的Windows下的網(wǎng)絡(luò)編程接口。現(xiàn)在的Winsock已經(jīng)基本上實現(xiàn)了與協(xié)議無關(guān),你可以使用Winsock來調(diào)用多種協(xié)議的功能,但較常使用的是TCP/ip協(xié)議。Socket實際在計算機中提供了一個通信端口,可以通過這個端口與任何一個具有Socket接口的計算機通信。應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸,接收的信息都通過這個Socket接口來實現(xiàn)。

  微軟為VC定義了Winsock類如CAsyncSocket類和派生于CAsyncSocket 的CSocket類,它們簡單易用,讀者朋友當(dāng)然可以使用這些類來實現(xiàn)自己的網(wǎng)絡(luò)程序,但是為了更好的了解Winsock API編程技術(shù),我們這里探討怎樣使用底層的API函數(shù)實現(xiàn)簡單的 Winsock 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程式設(shè)計,分別說明如何在Server端和Client端操作Socket,實現(xiàn)基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳送,最后給出相關(guān)的源代碼。

  在VC中進行WINSOCK的API編程開發(fā)的時候,需要在項目中使用下面三個文件,否則會出現(xiàn)編譯錯誤。

  1.WINSOCK.H: 這是WINSOCK API的頭文件,需要包含在項目中。

  2.WSOCK32.LIB: WINSOCK API連接庫文件。在使用中,一定要把它作為項目的非缺省的連接庫包含到項目文件中去。

  3.WINSOCK.DLL: WINSOCK的動態(tài)連接庫,位于WINDOWS的安裝目錄下。

  一、服務(wù)器端操作 socket(套接字)

  1)在初始化階段調(diào)用WSAStartup()

  此函數(shù)在應(yīng)用程序中初始化Windows Sockets DLL ,只有此函數(shù)調(diào)用成功后,應(yīng)用程序才可以再調(diào)用其他Windows Sockets DLL中的API函數(shù)。在程式中調(diào)用該函數(shù)的形式如下:WSAStartup((Word)((1<<81),(LPWSADATA)&WSAData),其中(1<<81)表示我們用的是WinSocket1.1版本,WSAata用來存儲系統(tǒng)傳回的關(guān)于WinSocket的資料。

  2)建立Socket

  初始化WinSock的動態(tài)連接庫后,需要在服務(wù)器端建立一個監(jiān)聽的Socket,為此可以調(diào)用Socket()函數(shù)用來建立這個監(jiān)聽的Socket,并定義此Socket所使用的通信協(xié)議。此函數(shù)調(diào)用成功返回Socket對象,失敗則返回INVALID_SOCKET(調(diào)用WSAGetLastError()可得知原因,所有WinSocket 的函數(shù)都可以使用這個函數(shù)來獲取失敗的原因)。

SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int PRotocol )
參數(shù): af:目前只提供 PF_INET(AF_INET);
type:Socket 的類型 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM);
protocol:通訊協(xié)定(假如使用者不指定則設(shè)為0);

假如要建立的是遵從TCP/IP協(xié)議的socket,第二個參數(shù)type應(yīng)為SOCK_STREAM,如為UDP(數(shù)據(jù)報)的socket,應(yīng)為SOCK_DGRAM。

  3)綁定端口

  接下來要為服務(wù)器端定義的這個監(jiān)聽的Socket指定一個地址及端口(Port),這樣客戶端才知道待會要連接哪一個地址的哪個端口,為此我們要調(diào)用bind()函數(shù),該函數(shù)調(diào)用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const strUCt sockaddr FAR *name,int namelen );

參 數(shù): s:Socket對象名;
name:Socket的地址值,這個地址必須是執(zhí)行這個程式所在機器的IP地址;
namelen:name的長度;

  假如使用者不在意地址或端口的值,那么可以設(shè)定地址為INADDR_ANY,及Port為0,Windows Sockets 會自動將其設(shè)定適當(dāng)之地址及Port (1024 到 5000之間的值)。此后可以調(diào)用getsockname()函數(shù)來獲知其被設(shè)定的值。

  4)監(jiān)聽

  當(dāng)服務(wù)器端的Socket對象綁定完成之后,服務(wù)器端必須建立一個監(jiān)聽的隊列來接收客戶端的連接請求。listen()函數(shù)使服務(wù)器端的Socket 進入監(jiān)聽狀態(tài),并設(shè)定可以建立的最大連接數(shù)(目前最大值限制為 5, 最小值為1)。該函數(shù)調(diào)用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog );
參 數(shù): s:需要建立監(jiān)聽的Socket;
backlog:最大連接個數(shù);

  服務(wù)器端的Socket調(diào)用完listen()后,假如此時客戶端調(diào)用connect()函數(shù)提出連接申請的話,Server 端必須再調(diào)用accept() 函數(shù),這樣服務(wù)器端和客戶端才算正式完成通信程序的連接動作。為了知道什么時候客戶端提出連接要求,從而服務(wù)器端的Socket在恰當(dāng)?shù)臅r候調(diào)用accept()函數(shù)完成連接的建立,我們就要使用WSAAsyncSelect()函數(shù),讓系統(tǒng)主動來通知我們有客戶端提出連接請求了。該函數(shù)調(diào)用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent );
參數(shù): s:Socket 對象;
hWnd :接收消息的窗口句柄;
wMsg:傳給窗口的消息;
lEvent:被注冊的網(wǎng)絡(luò)事件,也即是應(yīng)用程序向窗口發(fā)送消息的網(wǎng)路事件,該值為下列值FD_READ、FD_WRITE、FD_OOB、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE的組合,各個值的具體含意為FD_READ:希望在套接字S收到數(shù)據(jù)時收到消息;FD_WRITE:希望在套接字S上可以發(fā)送數(shù)據(jù)時收到消息;FD_ACCEPT:希望在套接字S上收到連接請求時收到消息;FD_CONNECT:希望在套接字S上連接成功時收到消息;FD_CLOSE:希望在套接字S上連接關(guān)閉時收到消息;FD_OOB:希望在套接字S上收到帶外數(shù)據(jù)時收到消息。

  具體應(yīng)用時,wMsg應(yīng)是在應(yīng)用程序中定義的消息名稱,而消息結(jié)構(gòu)中的lParam則為以上各種網(wǎng)絡(luò)事件名稱。所以,可以在窗口處理自定義消息函數(shù)中使用以下結(jié)構(gòu)來響應(yīng)Socket的不同事件:  

switch(lParam) 
  {case FD_READ:
    …  
  break;
case FD_WRITE、
    …
  break;
    …
}

  5)服務(wù)器端接受客戶端的連接請求

  當(dāng)Client提出連接請求時,Server 端hwnd視窗會收到Winsock Stack送來我們自定義的一個消息,這時,我們可以分析lParam,然后調(diào)用相關(guān)的函數(shù)來處理此事件。為了使服務(wù)器端接受客戶端的連接請求,就要使用accept() 函數(shù),該函數(shù)新建一Socket與客戶端的Socket相通,原先監(jiān)聽之Socket繼續(xù)進入監(jiān)聽狀態(tài),等待他人的連接要求。該函數(shù)調(diào)用成功返回一個新產(chǎn)生的Socket對象,否則返回INVALID_SOCKET。

SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen );
參數(shù):s:Socket的識別碼;
addr:存放來連接的客戶端的地址;
addrlen:addr的長度

  6)結(jié)束 socket 連接

  結(jié)束服務(wù)器和客戶端的通信連接是很簡單的,這一過程可以由服務(wù)器或客戶機的任一端啟動,只要調(diào)用closesocket()就可以了,而要關(guān)閉Server端監(jiān)聽狀態(tài)的socket,同樣也是利用此函數(shù)。另外,與程序啟動時調(diào)用WSAStartup()憨數(shù)相對應(yīng),程式結(jié)束前,需要調(diào)用 WSACleanup() 來通知Winsock Stack釋放Socket所占用的資源。這兩個函數(shù)都是調(diào)用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s );
參 數(shù):s:Socket 的識別碼;
int PASCAL FAR WSACleanup( void );
參 數(shù): 無

二、客戶端Socket的操作

  1)建立客戶端的Socket

  客戶端應(yīng)用程序首先也是調(diào)用WSAStartup() 函數(shù)來與Winsock的動態(tài)連接庫建立關(guān)系,然后同樣調(diào)用socket() 來建立一個TCP或UDP socket(相同協(xié)定的 sockets 才能相通,TCP 對 TCP,UDP 對 UDP)。與服務(wù)器端的socket 不同的是,客戶端的socket 可以調(diào)用 bind() 函數(shù),由自己來指定IP地址及port號碼;但是也可以不調(diào)用 bind(),而由 Winsock來自動設(shè)定IP地址及port號碼。

  2)提出連接申請

  客戶端的Socket使用connect()函數(shù)來提出與服務(wù)器端的Socket建立連接的申請,函數(shù)調(diào)用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen );
參 數(shù):s:Socket 的識別碼;
name:Socket想要連接的對方地址;
namelen:name的長度

  三、數(shù)據(jù)的傳送

  雖然基于TCP/IP連接協(xié)議(流套接字)的服務(wù)是設(shè)計客戶機/服務(wù)器應(yīng)用程序時的主流標(biāo)準(zhǔn),但有些服務(wù)也是可以通過無連接協(xié)議(數(shù)據(jù)報套接字)提供的。先介紹一下TCP socket 與UDP socket 在傳送數(shù)據(jù)時的特性:Stream (TCP) Socket 提供雙向、可靠、有次序、不重復(fù)的資料傳送。Datagram (UDP) Socket 雖然提供雙向的通信,但沒有可靠、有次序、不重復(fù)的保證,所以UDP傳送數(shù)據(jù)可能會收到無次序、重復(fù)的資料,甚至資料在傳輸過程中出現(xiàn)遺漏。由于UDP Socket 在傳送資料時,并不保證資料能完整地送達對方,所以絕大多數(shù)應(yīng)用程序都是采用TCP處理Socket,以保證資料的正確性。一般情況下TCP Socket 的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是調(diào)用send() 及recv() 這兩個函數(shù)來達成,而 UDP Socket則是用sendto() 及recvfrom() 這兩個函數(shù),這兩個函數(shù)調(diào)用成功發(fā)揮發(fā)送或接收的資料的長度,否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR send( SOCKET s, const char FAR *buf,int len, int flags );
參數(shù):s:Socket 的識別碼
buf:存放要傳送的資料的暫存區(qū)
len buf:的長度
flags:此函數(shù)被調(diào)用的方式

  對于Datagram Socket而言,若是 datagram 的大小超過限制,則將不會送出任何資料,并會傳回錯誤值。對Stream Socket 言,Blocking 模式下,若是傳送系統(tǒng)內(nèi)的儲存空間不夠存放這些要傳送的資料,send()將會被block住,直到資料送完為止;假如該Socket被設(shè)定為 Non-Blocking 模式,那么將視目前的output buffer空間有多少,就送出多少資料,并不會被 block 住。flags 的值可設(shè)為 0 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的組合。

int PASCAL FAR recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags );
參數(shù):s:Socket 的識別碼
buf:存放接收到的資料的暫存區(qū)
len buf:的長度
flags:此函數(shù)被調(diào)用的方式

  對Stream Socket 言,我們可以接收到目前input buffer內(nèi)有效的資料,但其數(shù)量不超過len的大小。 更多文章 更多內(nèi)容請看C/C++技術(shù)專題專題,或
  四、自定義的CMySocket類的實現(xiàn)代碼:

  根據(jù)上面的知識,我自定義了一個簡單的CMySocket類,下面是我定義的該類的部分實現(xiàn)代碼:

//////////////////////////////////////

CMySocket::CMySocket() : file://類的構(gòu)造函數(shù)
{
  WSADATA wsaD;
  memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );
  // m_LastError是類內(nèi)字符串變量,初始化用來存放最后錯誤說明的字符串;
  // 初始化類內(nèi)sockaddr_in結(jié)構(gòu)變量,前者存放客戶端地址,后者對應(yīng)于服務(wù)器端地址;
  memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( m_sockaddr ) );
  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );
  int result = WSAStartup((WORD)((1<<81), &wsaD);//初始化WinSocket動態(tài)連接庫;
  if( result != 0 ) // 初始化失敗;
  { set_LastError( "WSAStartup failed!", WSAGetLastError() );
   return;
  }
}

//////////////////////////////
CMySocket::~CMySocket() { WSACleanup(); }//類的析構(gòu)函數(shù);
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Create( void )
  {// m_hSocket是類內(nèi)Socket對象,創(chuàng)建一個基于TCP/IP的Socket變量,并將值賦給該變量;
   if ( (m_hSocket = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP )) == INVALID_SOCKET )
   {
    set_LastError( "socket() failed", WSAGetLastError() );
    return ERR_WSAERROR;
   }
   return ERR_SUCCESS;
  }
///////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Close( void )//關(guān)閉Socket對象;
{
  if ( closesocket( m_hSocket ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "closesocket() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  file://重置sockaddr_in 結(jié)構(gòu)變量;
  memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );
  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );
  return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////
int CMySocket::Connect( char* strRemote, unsigned int iPort )//定義連接函數(shù);
{
  if( strlen( strRemote ) == 0 iPort == 0 )
   return ERR_BADPARAM;
  hostent *hostEnt = NULL;
  long lIPAddress = 0;
  hostEnt = gethostbyname( strRemote );//根據(jù)計算機名得到該計算機的相關(guān)內(nèi)容;
  if( hostEnt != NULL )
  {
   lIPAddress = ((in_addr*)hostEnt->h_addr)->s_addr;
   m_sockaddr.sin_addr.s_addr = lIPAddress;
  }
  else
  {
   m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strRemote );
  }
  m_sockaddr.sin_family = AF_INET;
  m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );
  if( connect( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "connect() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
///////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Bind( char* strIP, unsigned int iPort )//綁定函數(shù);
{
  if( strlen( strIP ) == 0 iPort == 0 )
   return ERR_BADPARAM;
  memset( &m_sockaddr,0, sizeof( m_sockaddr ) );
  m_sockaddr.sin_family = AF_INET;
  m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strIP );
  m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );
  if ( bind( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "bind() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
//////////////////////////////////////////
int CMySocket::Accept( SOCKET s )//建立連接函數(shù),S為監(jiān)聽Socket對象名;
{
  int Len = sizeof( m_rsockaddr );
  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );
  if( ( m_hSocket = accept( s, (SOCKADDR*)&m_rsockaddr, &Len ) ) == INVALID_SOCKET )
  {
   set_LastError( "accept() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::asyncSelect( HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent )
file://事件選擇函數(shù);
{
  if( !IsWindow( hWnd ) wMsg == 0 lEvent == 0 )
   return ERR_BADPARAM;
  if( WSAAsyncSelect( m_hSocket, hWnd, wMsg, lEvent ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "WSAAsyncSelect() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Listen( int iQueuedConnections )//監(jiān)聽函數(shù);
{
  if( iQueuedConnections == 0 )
   return ERR_BADPARAM;
  if( listen( m_hSocket, iQueuedConnections ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "listen() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Send( char* strData, int iLen )//數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù);
{
  if( strData == NULL iLen == 0 )
   return ERR_BADPARAM;
  if( send( m_hSocket, strData, iLen, 0 ) == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "send() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Receive( char* strData, int iLen )//數(shù)據(jù)接收函數(shù);
{
  if( strData == NULL )
   return ERR_BADPARAM;
  int len = 0;
  int ret = 0;
  ret = recv( m_hSocket, strData, iLen, 0 );
  if ( ret == SOCKET_ERROR )
  {
   set_LastError( "recv() failed", WSAGetLastError() );
   return ERR_WSAERROR;
  }
  return ret;
}
void CMySocket::set_LastError( char* newError, int errNum )
file://WinSock API操作錯誤字符串設(shè)置函數(shù);
{
  memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );
  memcpy( m_LastError, newError, strlen( newError ) );
  m_LastError[strlen(newError)+1] = '/0';
}

  有了上述類的定義,就可以在網(wǎng)絡(luò)程序的服務(wù)器和客戶端分別定義CMySocket對象,建立連接,傳送數(shù)據(jù)了。
例如,為了在服務(wù)器和客戶端發(fā)送數(shù)據(jù),需要在服務(wù)器端定義兩個CMySocket對象ServerSocket1和ServerSocket2,分別用于監(jiān)聽和連接,客戶端定義一個CMySocket對象ClientSocket,用于發(fā)送或接收數(shù)據(jù),假如建立的連接數(shù)大于一,可以在服務(wù)器端再定義CMySocket對象,但要注重連接數(shù)不要大于五。

  由于Socket API函數(shù)還有許多,如獲取遠(yuǎn)端服務(wù)器、本地客戶機的IP地址、主機名等等,讀者可以再此基礎(chǔ)上對CMySocket補充完善,實現(xiàn)更多的功能。 更多文章 更多內(nèi)容請看C/C++技術(shù)專題專題,或

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