基于Visual C++的Winsock API研究

2019-11-17 05:11:43

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[文章信息]作者:劉濤時間:2003-01-02出處:yesky責任編輯:方舟[文章導讀]為了方便網絡編程，Microsoft聯合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網絡編程接口，即Windows Sockets規范

為了方便網絡編程，90年代初，由Microsoft聯合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網絡編程接口，即Windows Sockets規范，它不是一種網絡協議,而是一套開放的、支持多種協議的Windows下的網絡編程接口?，F在的Winsock已經基本上實現了與協議無關，你可以使用Winsock來調用多種協議的功能，但較常使用的是TCP/ip協議。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。應用程序在網絡上傳輸，接收的信息都通過這個Socket接口來實現。

　　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，讀者朋友當然可以使用這些類來實現自己的網絡程序，但是為了更好的了解Winsock API編程技術，我們這里探討怎樣使用底層的API函數實現簡單的 Winsock 網絡應用程式設計，分別說明如何在Server端和Client端操作Socket，實現基于TCP/IP的數據傳送，最后給出相關的源代碼。

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

　　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的動態連接庫，位于WINDOWS的安裝目錄下。

　　一、服務器端操作 socket（套接字）

　　1)在初始化階段調用WSAStartup()

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

　　2)建立Socket

　　初始化WinSock的動態連接庫后，需要在服務器端建立一個監聽的Socket，為此可以調用Socket()函數用來建立這個監聽的Socket，并定義此Socket所使用的通信協議。此函數調用成功返回Socket對象，失敗則返回INVALID_SOCKET(調用WSAGetLastError()可得知原因，所有WinSocket 的函數都可以使用這個函數來獲取失敗的原因)。

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

假如要建立的是遵從TCP/IP協議的socket，第二個參數type應為SOCK_STREAM，如為UDP（數據報）的socket，應為SOCK_DGRAM。

　　3)綁定端口

　　接下來要為服務器端定義的這個監聽的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，為此我們要調用bind()函數，該函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const strUCt sockaddr FAR *name,int namelen );

參數： s：Socket對象名；
name：Socket的地址值，這個地址必須是執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，那么可以設定地址為INADDR_ANY，及Port為0，Windows Sockets 會自動將其設定適當之地址及Port (1024 到 5000之間的值)。此后可以調用getsockname()函數來獲知其被設定的值。

　　4）監聽

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

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

　　服務器端的Socket調用完listen（）后，假如此時客戶端調用connect（）函數提出連接申請的話，Server 端必須再調用accept() 函數，這樣服務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，從而服務器端的Socket在恰當的時候調用accept()函數完成連接的建立，我們就要使用WSAAsyncSelect（）函數，讓系統主動來通知我們有客戶端提出連接請求了。該函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent );
參數： s：Socket 對象；
hWnd ：接收消息的窗口句柄；
wMsg：傳給窗口的消息；
lEvent：被注冊的網絡事件，也即是應用程序向窗口發送消息的網路事件，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收到數據時收到消息；FD_WRITE：希望在套接字S上可以發送數據時收到消息；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上連接關閉時收到消息；FD_OOB：希望在套接字S上收到帶外數據時收到消息。

　　具體應用時，wMsg應是在應用程序中定義的消息名稱，而消息結構中的lParam則為以上各種網絡事件名稱。所以，可以在窗口處理自定義消息函數中使用以下結構來響應Socket的不同事件：　　

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

　　5）服務器端接受客戶端的連接請求

　　當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，然后調用相關的函數來處理此事件。為了使服務器端接受客戶端的連接請求，就要使用accept() 函數，該函數新建一Socket與客戶端的Socket相通，原先監聽之Socket繼續進入監聽狀態，等待他人的連接要求。該函數調用成功返回一個新產生的Socket對象，否則返回INVALID_SOCKET。

SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen );
參數：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）結束 socket 連接

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

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

二、客戶端Socket的操作

　　1）建立客戶端的Socket

　　客戶端應用程序首先也是調用WSAStartup() 函數來與Winsock的動態連接庫建立關系，然后同樣調用socket() 來建立一個TCP或UDP socket（相同協定的 sockets 才能相通，TCP 對 TCP，UDP 對 UDP）。與服務器端的socket 不同的是，客戶端的socket 可以調用 bind() 函數，由自己來指定IP地址及port號碼；但是也可以不調用 bind()，而由 Winsock來自動設定IP地址及port號碼。

　　2）提出連接申請

　　客戶端的Socket使用connect()函數來提出與服務器端的Socket建立連接的申請，函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

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

　　三、數據的傳送

　　雖然基于TCP/IP連接協議（流套接字）的服務是設計客戶機/服務器應用程序時的主流標準，但有些服務也是可以通過無連接協議（數據報套接字）提供的。先介紹一下TCP socket 與UDP socket 在傳送數據時的特性：Stream (TCP) Socket 提供雙向、可靠、有次序、不重復的資料傳送。Datagram (UDP) Socket 雖然提供雙向的通信，但沒有可靠、有次序、不重復的保證，所以UDP傳送數據可能會收到無次序、重復的資料，甚至資料在傳輸過程中出現遺漏。由于UDP Socket 在傳送資料時，并不保證資料能完整地送達對方，所以絕大多數應用程序都是采用TCP處理Socket，以保證資料的正確性。一般情況下TCP Socket 的數據發送和接收是調用send() 及recv() 這兩個函數來達成，而 UDP Socket則是用sendto() 及recvfrom() 這兩個函數，這兩個函數調用成功發揮發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：s：Socket 的識別碼
buf：存放要傳送的資料的暫存區
len buf：的長度
flags：此函數被調用的方式

　　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，若是傳送系統內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：s：Socket 的識別碼
buf：存放接收到的資料的暫存區
len buf：的長度
flags：此函數被調用的方式

　　對Stream Socket 言，我們可以接收到目前input buffer內有效的資料，但其數量不超過len的大小。

更多內容請看C/C++技術專題專題，或
　　四、自定義的CMySocket類的實現代碼：

　　根據上面的知識，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代碼：

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

                                                                           
                                          CMySocket::CMySocket() : file://類的構造函數
{ 
　 WSADATA wsaD; 
　 memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );
　 // m_LastError是類內字符串變量,初始化用來存放最后錯誤說明的字符串；
　 // 初始化類內sockaddr_in結構變量，前者存放客戶端地址，后者對應于服務器端地址;
　 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動態連接庫;
　 if( result != 0 ) // 初始化失??；
　 { set_LastError( "WSAStartup failed!", WSAGetLastError() );
　　 return;
　 }
}

//////////////////////////////
CMySocket::~CMySocket() { WSACleanup(); }//類的析構函數；
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Create( void )
　 {// m_hSocket是類內Socket對象，創建一個基于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 )//關閉Socket對象；
{
　 if ( closesocket( m_hSocket ) == SOCKET_ERROR )
　 {
　　 set_LastError( "closesocket() failed", WSAGetLastError() );
　　 return ERR_WSAERROR;
　 }
　 file://重置sockaddr_in 結構變量；
　 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；
{
　 if( strlen( strRemote ) == 0  iPort == 0 )
　　 return ERR_BADPARAM;
　 hostent *hostEnt = NULL;
　 long lIPAddress = 0;
　 hostEnt = gethostbyname( strRemote );//根據計算機名得到該計算機的相關內容；
　 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；
{
　 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，S為監聽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；
{
　 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 )//監聽函數；
{
　 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 )//數據發送函數；
{
　 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 )//數據接收函數；
{
　 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操作錯誤字符串設置函數；
{
　 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，就可以在網絡程序的服務器和客戶端分別定義CMySocket對象，建立連接，傳送數據了。
例如，為了在服務器和客戶端發送數據，需要在服務器端定義兩個CMySocket對象ServerSocket1和ServerSocket2，分別用于監聽和連接，客戶端定義一個CMySocket對象ClientSocket，用于發送或接收數據，假如建立的連接數大于一，可以在服務器端再定義CMySocket對象，但要注重連接數不要大于五。

　　由于Socket API函數還有許多，如獲取遠端服務器、本地客戶機的IP地址、主機名等等，讀者可以再此基礎上對CMySocket補充完善，實現更多的功能。

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