C++ 网络编程下的socket编程（TCP\UDP），连接下位机

正常情况下我们需要对下位机进行通信需要使用Socket进行连接操作，而在网络编程中又分为面向连接（TCP）和面向无连接（UDP）这两种，针对这两种方式，我们不做具体的原理解释，只说各自的特点和各自的应用场景：

UDP的特性是：数据报，无连接，简单，不可靠，会丢包，会乱序（实际中遇到的主要是丢包）
TCP的特性是：流式，有连接，复杂，可靠，延迟较大、带宽占用较大（均是相对于UDP来说）

有这样的特性其实是非常明显的，在早期，通常来说，我们对于传输数据量比较大的数据交互时一般都会使用UDP连接，对于文字消息我们一般采用TCP连接，但是因为保密性和数据丢包的原因，现在的聊天软件的视频通信我们一般也不再使用UDP，转而使用HTTP协议，但是UDP的弊端也恰恰是他最大的优点，对于一些对于数据量较大，且对数据准确性没有特殊请求的连接时我们还是会使用UDP协议（比如笔者在做PC机连接下位机时，通常数据超过2M/s时TCP就会出现明显的卡顿）。这里我们以连接下位机为例，来详细讲解一下基于UDP和TCP的网络编程过程（PC连接下位机），还是老规矩，先放一张图片，来看看我们想要得到的效果：需要下载示例Demo的请点击此处下载（注：此Demo仅包含客户端|上位机的创建，下位机可以像笔者一样使用TCP工具进行模拟或者直接连接对应的硬件设备）

接下来，我们大致了解一下网络编程中标准的基于Socket的TCP/UDP编程步骤：

基于TCP(面向连接)的socket编程的服务器端程序如下：

1、创建套接字（socket）
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
3、将套接字设为监听模式，准备接收客户端请求（listen）
4、等待客户请求到来，当请求到来后，接收连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept）
5、用返回的套接字和客户端进行通信（send/recv）
6、返回，等待另一客户请求
7、关闭套接字

基于TCP(面向连接)的socket编程的客户端程序如下：

1、创建套接字（socket）
2、向服务器发出连接请求（connect）
3、和服务器端进行通信（send/recv）
4、关闭套接字

基于UDP(面向对象)的socket编程的服务器端程序如下：

1、创建套接字（socket）
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
3、等待接收数据（recvfrom）
4、关闭套接字

基于UDP(面向对象)的socket编程的客户端程序如下：

1、创建套接字（socket）
2、向服务器发送数据（sendto）
3、关闭套接字

好了，接下来，详细介绍我们在MFC下实现客户端|上位机的具体步骤

Step1:我们需要新建一个MFC工程，并添加一个按钮用来触发我们的连接操作

Step2:然后我们在Dlg文件中调用Socket,名字随意

SOCKET m_socket;

Step3:添加自定义消息，首先是在头文件中宏定义

#define WM_Sock WM_USER+1

然后在类向导中添加自定义消息（注名称必须一致），否则运行过程会出现错误

完成添加后我们编辑消息处理函数的内容（这里只放最简单的一个判断，不添加其他任何操作或者处理）

 afx_msg LRESULT Csocket_demoDlg::OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam){char cs[512] = "";  //定义一个用来存放接收数据的字符串csif (lParam == FD_READ) //sock收到消息，触发FD_READ{if (SOCKET_ERROR == recv(m_socket, cs, 512, NULL))//使用recv函数来进行判别收到的内容{MessageBox("接收数据失败！"); //如果触发连接错误，则弹出接收数据失败提示框return FALSE;}else{}}return 0;}

Step4:最后就是在按钮的响应事件中添加处理函数

首先是标准的TCP模式：

//这是一个标准的TCP连接过程
void Csocket_demoDlg::OnBnClickedButton1()
{// 这是一个标准的TCP连接过程CString serv_addr = "192.168.0.104", serv_port = "5050";// TODO:  在此添加控件通知处理程序代码int port;SOCKADDR_IN addr;WORD   wVersionRequested;//定义socket1.1或者socket2.0     WSADATA   wsaData;   //定义装载socket版本的变量  int   err;   //错误变量  wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);   //定义连接为socket2.0  err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);   //装载socket2.0支持  if (0 != err)//判断是否装载成功  {return;}if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2)//判断版本号，是否和定义的一样  {WSACleanup();   //若出问题，卸载支持，并结束程序返回-1  return;}//创建TCP套接字m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);//判断套接字错误if (INVALID_SOCKET == m_socket){MessageBox("创建套接字失败！");return;}//判断注册网络错误if (SOCKET_ERROR == WSAAsyncSelect(m_socket, m_hWnd, WM_Sock, FD_READ)){MessageBox("注册网络读取事件失败！");return;}//判断服务器地址和端口号错误if (serv_port == "" || serv_addr == ""){MessageBox("服务器地址或端口不能为空！！！");}else{port = atoi(serv_port.GetBuffer(1));//将端口字符串转换为整形addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(serv_addr.GetBuffer(1));//转换服务器ip地址addr.sin_port = ntohs(port);//设置非阻塞模式unsigned long ul = 1;int ret = ioctlsocket(m_socket, FIONBIO, (unsigned long*)&ul);if (ret == SOCKET_ERROR)exit(0);//TCP模式下调用Connect()connect(m_socket, (SOCKADDR*)&addr, sizeof(SOCKADDR));//对下位机发送指令CString connected;connected = "设备已经连接";send(m_socket, connected, 50, 0);}
}

然后是一个标准的UDP连接过程代码：

// 这是一个标准的UDP连接过程
void Csocket_demoDlg::OnBnClickedButton1()
{// 这是一个标准的UDP连接过程CString serv_addr = "192.168.0.104", serv_port = "5050";// TODO:  在此添加控件通知处理程序代码int port;SOCKADDR_IN addr;WORD   wVersionRequested;//定义socket1.1或者socket2.0     WSADATA   wsaData;   //定义装载socket版本的变量  int   err;   //错误变量  wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);   //定义连接为socket2.0  err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);   //装载socket2.0支持  if (0 != err)//判断是否装载成功  {return;}if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2)//判断版本号，是否和定义的一样  {WSACleanup();   //若出问题，卸载支持，并结束程序返回-1  return;}//创建UDP套接字m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);//判断套接字错误if (INVALID_SOCKET == m_socket){MessageBox("创建套接字失败！");return;}//判断注册网络错误if (SOCKET_ERROR == WSAAsyncSelect(m_socket, m_hWnd, WM_Sock, FD_READ)){MessageBox("注册网络读取事件失败！");return;}//判断服务器地址和端口号错误if (serv_port == "" || serv_addr == ""){MessageBox("服务器地址或端口不能为空！！！");}else{port = atoi(serv_port.GetBuffer(1));//将端口字符串转换为整形addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(serv_addr.GetBuffer(1));//转换服务器ip地址addr.sin_port = ntohs(port);//设置非阻塞模式unsigned long ul = 1;int ret = ioctlsocket(m_socket, FIONBIO, (unsigned long*)&ul);if (ret == SOCKET_ERROR)exit(0);//对下位机发送指令CString connected;connected = "设备已经连接";sendto(m_socket, connected, 50, 0,NULL,NULL);}
}

最后，提供一种非标准的连接方式

//这是一种非常规的连接过程UDP+Connect
void Csocket_demoDlg::OnBnClickedButton1()
{//这是一种非常规的连接过程UDP+ConnectCString serv_addr = "192.168.0.104", serv_port = "5050";// TODO:  在此添加控件通知处理程序代码int port;SOCKADDR_IN addr;WORD   wVersionRequested;//定义socket1.1或者socket2.0     WSADATA   wsaData;   //定义装载socket版本的变量  int   err;   //错误变量  wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);   //定义连接为socket2.0  err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);   //装载socket2.0支持  if (0 != err)//判断是否装载成功  {return;}if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2)//判断版本号，是否和定义的一样  {WSACleanup();   //若出问题，卸载支持，并结束程序返回-1  return;}//创建TCP套接字m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);//创建UDP套接字/*m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);*///判断套接字错误if (INVALID_SOCKET == m_socket){MessageBox("创建套接字失败！");return;}//判断注册网络错误if (SOCKET_ERROR == WSAAsyncSelect(m_socket, m_hWnd, WM_Sock, FD_READ)){MessageBox("注册网络读取事件失败！");return;}//判断服务器地址和端口号错误if (serv_port == "" || serv_addr == ""){MessageBox("服务器地址或端口不能为空！！！");}else{port = atoi(serv_port.GetBuffer(1));//将端口字符串转换为整形addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(serv_addr.GetBuffer(1));//转换服务器ip地址addr.sin_port = ntohs(port);//设置非阻塞模式unsigned long ul = 1;int ret = ioctlsocket(m_socket, FIONBIO, (unsigned long*)&ul);if (ret == SOCKET_ERROR)exit(0);//TCP模式下调用Connect()//UDP下也可以使用connect，使用connect函数之后可不必使用sendto函数connect(m_socket, (SOCKADDR*)&addr, sizeof(SOCKADDR));//对下位机发送指令CString connected;connected = "设备已经连接";send(m_socket, connected, 50, 0);}
}

这里，在文件中我已经给了详细的注释，针对非标准的连接方式特别说明几点：

1、程序中UDP和TCP的连接仅在创建套接字时有不同

//创建TCP套接字
m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);

//创建UDP套接字
m_socket = WSASocket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0, NULL, 0, 0);

2、连接时都使用了Connect函数:这里具体的解释可以参考原文博客，这里只做简单摘要

标准的udp客户端开了套接口后，一般使用sendto和recvfrom函数来发数据，实际上，udp发送数据有两种方法供大家选用的：
方法一：
socket----->sendto()或recvfrom()
方法二：
socket----->connect()----->send()或recv().(此时sendto,recvfrom仍可用)

给UDP套接口调用connect，与TCP不同的是：没有三路握手过程。内核只是检查是否存在立即可知的错误(例如一个显然不可达的目的地)，记录对端的IP地址和端口号（取自传递给connect的套接口地址结构），然后立即返回到调用进程

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