基於Visual C++的Winsock API研究

為了方便網絡編程年代初由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下的網絡編程接口現在的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類和派生於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編程技術我們這裡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實現基於TCP/IP的數據傳送最後給出相關的源代碼

　　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

　　．WINSOCKH: 這是WINSOCK API的頭文件需要包含在項目中

　　．WSOCKLIB: 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

　　．WINSOCKDLL: WINSOCK的動態連接庫位於WINDOWS的安裝目錄下

　　一服務器端操作 socket（套接字）

　　)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後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)((<<|)（LPWSADATA）&WSAData)其中(<<|)表示我們用的是WinSocket版本WSAata用來存儲系統傳回的關於WinSocket的資料

　　)建立Socket

　　初始化WinSock的動態連接庫後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並定義此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) typeSocket 的類型 (SOCK_STREAMSOCK_DGRAM) protocol通訊協定(如果使用者不指定則設為)

　　如果要建立的是遵從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

　　)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否則返回SOCKET_ERROR

　　

　　int PASCAL FAR bind( SOCKET s const struct sockaddr FAR *nameint namelen ); 參 數 sSocket對象名 nameSocket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 namelenname的長度

　　如果使用者不在意地址或端口的值那麼可以設定地址為INADDR_ANY及Port為Windows Sockets 會自動將其設定適當之地址及Port ( 到 之間的值)此後可以調用getsockname()函數來獲知其被設定的值

　　）監聽

　　當服務器端的Socket對象綁定完成之後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 進入監聽狀態並設定可以建立的最大連接數(目前最大值限制為 最小值為)該函數調用成功返回否則返回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（）後如果此時客戶端調用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麼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否則返回SOCKET_ERROR

　　

　　int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s HWND hWndunsigned int wMsg long lEvent ); 參數 sSocket 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_READFD_WRITEFD_OOBFD_ACCEPTFD_CONNECTFD_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; 　　　 … }

　　）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然後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 *addrint FAR *addrlen ); 參數sSocket的識別碼 addr存放來連接的客戶端的地址 addrlenaddr的長度

　　）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否則返回SOCKET_ERROR

　　

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

　　二客戶端Socket的操作

　　）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後同樣調用socket() 來建立一個TCP或UDP socket（相同協定的 sockets 才能相通TCP 對 TCPUDP 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

　　）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否則返回SOCKET_ERROR

　　

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

　　三數據的傳送

　　雖然基於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准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於UDP Socket 在傳送資料時並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 *bufint len int flags ); 參數sSocket 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

　　

　　對於Datagram Socket而言若是 datagram 的大小超過限制則將不會送出任何資料並會傳回錯誤值對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如果該Socket被設定為 NonBlocking 模式那麼將視目前的output buffer空間有多少就送出多少資料並不會被 block 住flags 的值可設為 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的組合

　　

　　int PASCAL FAR recv( SOCKET s char FAR *buf int len int flags ); 參數sSocket 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

　　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 ERR_MAXLENGTH ); 　// m_LastError是類內字符串變量初始化用來存放最後錯誤說明的字符串 　// 初始化類內sockaddr_in結構變量前者存放客戶端地址後者對應於服務器端地址; 　memset( &m_sockaddr sizeof( m_sockaddr ) ); 　memset( &m_rsockaddr sizeof( m_rsockaddr ) ); 　int result = WSAStartup((WORD)((<<|) &wsaD);//初始化WinSocket動態連接庫; 　if( result != ) // 初始化失敗 　{ 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對象創建一個基於TCP/IP的Socket變量並將值賦給該變量 　　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 sizeof( sockaddr_in ) ); 　memset( &m_rsockaddr sizeof( sockaddr_in ) ); 　return ERR_SUCCESS; } ///////////////////////////////////////// int CMySocket::Connect( char* strRemote unsigned int iPort )//定義連接函數 { 　if( strlen( strRemote ) == || iPort == ) 　　return ERR_BADPARAM; 　hostent *hostEnt = NULL; 　long lIPAddress = ; 　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_sockaddrsin_addrs_addr = lIPAddress; 　} 　else 　{ 　　m_sockaddrsin_addrs_addr = inet_addr( strRemote ); 　} 　m_sockaddrsin_family = AF_INET; 　m_sockaddrsin_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 ) == || iPort == ) 　　return ERR_BADPARAM; 　memset( &m_sockaddr sizeof( m_sockaddr ) ); 　m_sockaddrsin_family = AF_INET; 　m_sockaddrsin_addrs_addr = inet_addr( strIP ); 　m_sockaddrsin_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 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 == || lEvent == ) 　　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 == ) 　　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 == ) 　　return ERR_BADPARAM; 　if( send( m_hSocket strData iLen ) == 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 = ; 　int ret = ; 　ret = recv( m_hSocket strData iLen ); 　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 ERR_MAXLENGTH ); 　memcpy( m_LastError newError strlen( newError ) ); 　m_LastError[strlen(newError)+] = \; }

　　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ServerSocket和ServerSocket分別用於監聽和連接客戶端定義一個CMySocket對象ClientSocket用於發送或接收數據如果建立的連接數大於一可以在服務器端再定義CMySocket對象但要注意連接數不要大於五

　　由於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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