windows Socket编程之TCP服务端与客户端

在前面的文章中有一篇讲到了命名管道通信，它是创建一根管道来进行进程之间或网络之间通信的。但是它有些缺陷，比如说效率较低等。而从这篇文章开始将介绍socket编程。socket是通过TCP，UDP，IP协议来进行通信，效率较高。本文先介绍TCP的服务端和客户端。

TCP是面向连接的，它在进行通信之前呢，需要双方先进行沟通，然后才能进行通信。而且TCP是以数据流的方式进行数据传递，会自动的进行拆包和组包的过程。所以呢，TCP的连接是比较可靠的，但是它的传输速度也因此相对较慢。接下来看下如何在代码中实现TCP的通信。

在windows中，要想进行socket网络操作，必须包含一个名叫做WinSock2.h(或者WinSock.h)，如果包含的是WinSock2.h则必须在windows.h之前，否则会产生一些重定义的编译错误。包含完头文件之后，还要链接一个库文件ws2_32.lib，完成之后，我们就可以开始进行TCP服务端和客户端的编写了。

先来看服务端。首先，要进行网络操作，我们先要进行一下网络环境的初始化。WSAStartup函数就是用来初始化网络环境的。其声明如下：

int WSAStartup(  WORD wVersionRequested,       //版本号，一般使用2.2版本LPWSADATA lpWSAData  <span style="white-space:pre">        </span>//WSAData地址
);

上面函数的第二个参数，接收一个WSAData结构的指针，该结构呢，里边包含了版本号，我们传递的版本号会对该结构里边的版本号进行初始化。

初始化完成之后，我们需要创建一个socket(套接字)，这个套接字相当于我们前面讲到的管道，用于客户端和服务端的连接。调用socket函数我们可以创建一个套接字，声明如下：

SOCKET socket(  int af,         //IP协议簇int type,       //套接字类型，TCP应该用SOCK_STREAMint protocol<span style="white-space:pre">   </span>  //协议
);

其实，socket也是一个内核对象，但是它没有内核对象所拥有的明显标志，安全属性。

创建好套接字后呢，我们需要告诉操作系统需要在哪个地址和端口上进行网络操作，相当于管道通信中绑定到标准输入输出口上。绑定的时候，需要有一个SOCKADDR_IN这个结构体，声明如下：

struct sockaddr_in{short              sin_family;<span style="white-space:pre"> </span>//协议簇unsigned short     sin_port;<span style="white-space:pre">   </span>//端口struct   in_addr   sin_addr;<span style="white-space:pre">    </span>//ip地址char               sin_zero[8];<span style="white-space:pre">   </span>//为了设置和SOCKADDR结构等长的补充字节
};

还有一个SOCKADDR结构和上面这个的功能完全一样，但是SOCKADDR这个结构里边只有两个成员，一个是协议簇，一个是14个字节的char数组，为了让我们更好的编写代码，于是将char数组拆解成SOCKADDR_IN 中后三个成员。初始化完端口，地址等信息后，需要调用bind函数，来完成绑定操作，声明如下：

int bind(  SOCKET s,                          //我们创建的那个socketconst struct sockaddr FAR *name,   //sockaddr结构指针int namelen                        //sockaddr长度
);

绑定之后，我们还需要调用listen函数来进行监听操作，这个操作呢，就相当于门卫一样了，如果有人来，就告诉你一声，这就是监听。该函数声明如下：

int listen(  SOCKET s,      //我们创建的socketint backlog  <span style="white-space:pre">    </span> //最大连接的队列长度
);

第二个参数backlog呢，我们一般不要给的太大，这就好比你去交电费，还要进行排队等候，如果排队的人多了，这就会给你留下不好的体验，因此随便给个10，100的就行了。
监听完成之后，我们就可以进行接收客户端的连接了，我们需要调用accept这个函数来进行接客。声明如下：

SOCKET accept(  SOCKET s,   <span style="white-space:pre">          </span>//我们监听的那个socketstruct sockaddr FAR *addr,    //我们需要传递一个sockaddr的地址，用于保存客户端的地址int FAR *addrlen  <span style="white-space:pre">      </span>//sockaddr的长度指针
);

接完客之后，我们就可以进行通信了，需要调用recv和send两个函数来进行收发数据，它们的声明如下：

int recv(  SOCKET s,         <span style="white-space:pre"> </span>//客户端的socketchar FAR *buf,    <span style="white-space:pre">  </span>//接收的缓冲区int len,        <span style="white-space:pre">    </span>//缓冲区的大小int flags       <span style="white-space:pre">    </span>//标志位，一般为0
);int send(  SOCKET s,             //客户端的socketconst char FAR *buf,  //发送数据的缓冲区int len,              //缓冲区的大小int flags             //标志位，一般为0
);

当我们传输完数据后，应该调用WSACleanup和closesocket来进行关闭网络环境和套接字。声明如下：

int  WSACleanup (void);int closesocket(  SOCKET s  <span style="white-space:pre">       </span>//要关闭的套接字
);

下面附上服务端的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h> // 必须包含windwos.h之前
#include <Windows.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") #define  PORT 6000
DWORD WINAPI clientProc(LPARAM lparam)
{   SOCKET sockClient = (SOCKET)lparam;char buf[1024];while (TRUE){memset(buf, 0, sizeof(buf));// 接收客户端的一条数据 int ret = recv(sockClient, buf, sizeof(buf), 0);//检查是否接收失败if (SOCKET_ERROR == ret) {printf("socket recv failed\n");closesocket(sockClient);return -1;}// 0 代表客户端主动断开连接if (ret == 0) {printf("client close connection\n");closesocket(sockClient);return -1;}     // 发送数据ret = send(sockClient, buf, strlen(buf), 0);//检查是否发送失败if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket send failed\n");closesocket(sockClient);return -1;}}closesocket(sockClient);return 0;
}
bool InitNetEnv()
{// 进行网络环境的初始化操作WSADATA wsa;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0) {printf("WSAStartup failed\n");return false;}return true;
}
int main(int argc, char * argv[])
{if (!InitNetEnv()){return -1;}// 初始化完成，创建一个TCP的socketSOCKET sServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//检查是否创建失败if (sServer == INVALID_SOCKET){printf("socket failed\n");return -1;}printf("Create socket OK\n");//进行绑定操作SOCKADDR_IN addrServ;addrServ.sin_family = AF_INET; // 协议簇为IPV4的addrServ.sin_port = htons(PORT); // 端口  因为本机是小端模式，网络是大端模式，调用htons把本机字节序转为网络字节序addrServ.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY; // ip地址，INADDR_ANY表示绑定电脑上所有网卡IP//完成绑定操作int ret = bind(sServer, (sockaddr *)&addrServ, sizeof(sockaddr));//检查绑定是否成功if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket bind failed\n");WSACleanup(); // 释放网络环境closesocket(sServer); // 关闭网络连接return -1;}printf("socket bind OK\n");// 绑定成功，进行监听ret = listen(sServer, 10);  //检查是否监听成功if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket listen failed\n");WSACleanup();closesocket(sServer);return -1;}printf("socket listen OK\n");// 监听成功sockaddr_in addrClient; // 用于保存客户端的网络节点的信息int addrClientLen = sizeof(sockaddr_in);while (TRUE){//新建一个socket，用于客户端SOCKET *sClient = new SOCKET; //等待客户端的连接*sClient= accept(sServer, (sockaddr*)&addrClient, &addrClientLen);if (INVALID_SOCKET == *sClient){printf("socket accept failed\n");WSACleanup();closesocket(sServer);delete sClient;return -1;}//创建线程为客户端做数据收发CreateThread(0, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)clientProc, (LPVOID)*sClient, 0, 0);}closesocket(sServer);WSACleanup();return 0;
}

接下来，看下客户端。

客户端比较简单，前面的部分和服务端都基本相同，在绑定操作上会有所差别。服务端绑定的IP地址是本机所有网卡的IP，而客户端只需要绑定一个即可，因为对客户端来说，我们只需连接指定的服务器。赋值完SOCKADDR_IN结构之后，服务端会调用bind函数，而客户端呢，需要调用connect函数，其声明如下：

int connect(  SOCKET s,                          //要进行连接的socketconst struct sockaddr FAR *name,   //SOCKADDR结构地址int namelen                        //SOKADDR大小
);

连接成功后，就可以和服务端进行通信了，调用recv和send来进行收发数据。需要注意的是，如果服务端程序先进行recv操作，则我们应该在客户端先进行send操作，若两个同时进行相同的操作的话，则会卡在当前的位置，因为recv和send都是阻塞型的函数。

当通信完之后，就可以关闭连接了。文章开头讲过，当客户端和服务端刚开始连接的时候呢，两者会先进行沟通，这个沟通需要3个步骤来完成，我们称之为3次握手，同样的关闭连接的时候，需要进行4个步骤来完成，我们称之为4次握手。如果你是粗暴型的，直接拔网线呢，它也会完成其中的两次步骤，作为应用层开发，并不需要深究其中的原理，若感兴趣，可自行查找资料。
下面附上客户端的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <Windows.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#define  PORT 6000int main(int argc, char * argv[])
{//初始化网络环境WSADATA wsa;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0){printf("WSAStartup failed\n");return -1;}// 初始化完成，创建一个TCP的socketSOCKET sServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (sServer == INVALID_SOCKET){printf("socket failed\n");return -1;}//指定连接的服务端信息SOCKADDR_IN addrServ;addrServ.sin_family = AF_INET;addrServ.sin_port = htons(PORT);//客户端只需要连接指定的服务器地址，127.0.0.1是本机的回环地址addrServ.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 服务器Bind 客户端是进行连接int ret = connect(sServer,(SOCKADDR*)&addrServ,sizeof(SOCKADDR));//开始连接if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket connect failed\n");WSACleanup();closesocket(sServer);return -1;}//连接成功后，就可以进行通信了char szBuf[1024];memset(szBuf,0,sizeof(szBuf));sprintf_s(szBuf,sizeof(szBuf),"Hello server");//当服务端是recv的时候，客户端就需要send，若两端同时进行收发则会卡在这里，因为recv和send是阻塞的ret = send(sServer, szBuf, strlen(szBuf), 0);if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket send failed\n");closesocket(sServer);return -1;}ret = recv(sServer, szBuf, sizeof(szBuf), 0);if (SOCKET_ERROR == ret){printf("socket recv failed\n");closesocket(sServer);return -1;}printf("%s\n",szBuf);
<span style="white-space:pre"> </span>//关闭连接closesocket(sServer);WSACleanup();return 0;
}

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