C/C++ Socket编程（二）

于 2019-09-29 20:41:52 发布
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分类专栏： 网络编程 C/C++
原文链接：http://c.biancheng.net/socket/
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Linux下的socket演示程序

server.cpp 是服务器端代码，client.cpp 是客户端代码，要实现的功能是：客户端从服务器读取一个字符串并打印出来。

服务器端代码 server.cpp：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  //创建套接字
    
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //服务端IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));  //将套接字和IP、端口绑定
    
    listen(serv_sock, 20);  //进入监听状态，等待用户发起请求
    
    //接收客户端请求
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    
    char str[] = "http://c.biancheng.net/socket/";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));  //向客户端发送数据
    
    //关闭套接字
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    
    return 0;
}

客户端代码 client.cpp：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //创建套接字

    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));  //向服务器（特定的IP和端口）发起请求
   
    char buffer[40];
    read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);  //读取从服务器接收到的数据
    printf("Message form server: %s\n", buffer);
   
    close(sock);  //关闭套接字

    return 0;
}

在这里插入图片描述
源码解析
1、server.cpp

  • 第 10 行通过 socket() 函数创建了一个套接字，参数 AF_INET 表示使用 IPv4 地址，SOCK_STREAM 表示使用面向连接的套接字，IPPROTO_TCP 表示使用 TCP 协议。
  • 第 18 行通过 bind() 函数将套接字 serv_sock 与特定的 IP 地址和端口绑定，IP 地址和端口都保存在 sockaddr_in 结构体中。socket() 函数确定了套接字的各种属性，bind() 函数让套接字与特定的IP地址和端口对应起来，这样客户端才能连接到该套接字。
  • 第 20 行通过 listen() 函数让套接字处于被动监听状态。所谓被动监听，是指套接字一直处于“睡眠”中，直到客户端发起请求才会被“唤醒”。
  • 第 25 行的 accept() 函数用来接收客户端的请求。程序一旦执行到 accept() 就会被阻塞（暂停运行），直到客户端发起请求。
  • 第 28 行的 write() 函数用来向套接字文件中写入数据，也就是向客户端发送数据。
  • 和普通文件一样，socket 在使用完毕后也要用 close() 关闭。

2、client.cpp

  • 第 16 行通过 connect() 向服务器发起请求，服务器的IP地址和端口号保存在 sockaddr_in 结构体中。直到服务器传回数据后，connect() 才运行结束。
  • 第 19 行通过 read() 从套接字中读取数据。
Windows下的socket演示程序

服务器端代码 server.cpp：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

int main() {
    //初始化 DLL
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

    SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  //创建套接字

    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
    sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址
    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口
    bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));  //绑定套接字

    listen(servSock, 20);  //进入监听状态

    SOCKADDR clntAddr;
    int nSize = sizeof(SOCKADDR);
    SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);  //接收客户端请求

    char *str = "Hello World!";
    send(clntSock, str, strlen(str)+sizeof(char), NULL);  //向客户端发送数据

    //关闭套接字
    closesocket(clntSock);
    closesocket(servSock);

    WSACleanup();  //终止 DLL 的使用

    return 0;
}

客户端代码 client.cpp：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

int main() {
    //初始化DLL
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

    SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  //创建套接字

    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
    sockAddr.sin_family = PF_INET;
    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sockAddr.sin_port = htons(1234);
    connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));  //向服务器发起请求

    char szBuffer[MAXBYTE] = {0};
    recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, NULL);  //接收服务器传回的数据
    printf("Message form server: %s\n", szBuffer);

    closesocket(sock);  //关闭套接字

    WSACleanup();  //终止使用 DLL

    system("pause");
    return 0;
}

将 server.cpp 和 client.cpp 分别编译为 server.exe 和 client.exe，先运行 server.exe，再运行 client.exe，输出结果为：Message form server: Hello World!

Windows 下的 socket 程序和 Linux 思路相同，但细节有所差别：

  • Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。DLL 有两种加载方式，请查看动态链接库DLL的加载：
    http://c.biancheng.net/cpp/html/2754.html
  • Linux 使用“文件描述符”的概念，而 Windows 使用“文件句柄”的概念；Linux 不区分 socket 文件和普通文件，而 Windows 区分；Linux 下 socket() 函数的返回值为 int 类型，而 Windows 下为 SOCKET 类型，也就是句柄。
  • Linux 下使用 read() / write() 函数读写，而 Windows 下使用 recv() / send() 函数发送和接收。
  • 关闭 socket 时，Linux 使用 close() 函数，而 Windows 使用 closesocket() 函数。
WSAStartup()函数以及DLL的加载

本节讲解 Windows 下 DLL 的加载，学习 Linux Socket 的读者可以跳过。

WinSock（Windows Socket）编程依赖于系统提供的动态链接库(DLL)，有两个版本：

  • 较早的DLL是 wsock32.dll，大小为 28KB，对应的头文件为 winsock1.h；
  • 最新的DLL是 ws2_32.dll，大小为 69KB，对应的头文件为 winsock2.h。

几乎所有的 Windows 操作系统都已经支持 ws2_32.dll，包括个人操作系统 Windows 95 OSR2、Windows 98、Windows Me、Windows 2000、XP、Vista、Win7、Win8、Win10 以及服务器操作系统 Windows NT 4.0 SP4、Windows Server 2003、Windows Server 2008 等，所以你可以毫不犹豫地使用最新的 ws2_32.dll。

使用 DLL 之前必须把 DLL 加载到当前程序，你可以在编译时加载，也可以在程序运行时加载。（http://c.biancheng.net/cpp/html/2754.html）

这里使用#pragma命令，在编译时加载：#pragma comment (lib, “ws2_32.lib”)

WSAStartup() 函数
使用 DLL 之前，还需要调用 WSAStartup() 函数进行初始化，以指明 WinSock 规范的版本，它的原型为：
在这里插入图片描述
wVersionRequested 为 WinSock 规范的版本号，低字节为主版本号，高字节为副版本号（修正版本号）；lpWSAData 为指向 WSAData 结构体的指针。

关于 WinSock 规范
WinSock 规范的最新版本号为 2.2，较早的有 2.1、2.0、1.1、1.0，ws2_32.dll 支持所有的规范，而 wsock32.dll 仅支持 1.0 和 1.1。

wsock32.dll 已经能够很好的支持 TCP/IP 通信程序的开发，ws2_32.dll 主要增加了对其他协议的支持，不过建议使用最新的 2.2 版本。

wVersionRequested 参数用来指明我们希望使用的版本号，它的类型为 WORD，等价于 unsigned short，是一个整数，所以需要用 MAKEWORD() 宏函数对版本号进行转换。例如：
在这里插入图片描述
关于 WSAData 结构体
WSAStartup() 函数执行成功后，会将与 ws2_32.dll 有关的信息写入 WSAData 结构体变量。WSAData 的定义如下：
在这里插入图片描述
最后3个成员已弃之不用，szDescription 和 szSystemStatus 包含的信息基本没有实用价值，读者只需关注前两个成员即可。请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")

int main() {
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

    printf("wVersion: %d.%d\n", LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion));
    printf("wHighVersion: %d.%d\n", LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion));
    printf("szDescription: %s\n", wsaData.szDescription);
    printf("szSystemStatus: %s\n", wsaData.szSystemStatus);

    return 0;
}

在这里插入图片描述

ws2_32.dll 支持的最高版本为 2.2，建议使用的版本也是 2.2。

综上所述：WinSock 编程的第一步就是加载 ws2_32.dll，然后调用 WSAStartup() 函数进行初始化，并指明要使用的版本号。

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