breakthrough_01

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突破编程_C++_网络编程（Windows 套接字（API 接口（2））)

1 TCP 连接管理

1.1 connect 函数

connect 函数用于发起一个 TCP 连接请求到远程服务器。这个函数通常用于客户端套接字，以建立与服务器的连接。

（1）函数原型

int connect(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen);

（2）参数说明

  • s：一个已创建但未连接的套接字描述符。
  • name：指向包含目标服务器地址信息的sockaddr结构体的指针。
  • namelen：name参数指向的地址结构的长度。

（3）返回值

  • 如果成功，返回0。
  • 如果失败，返回SOCKET_ERROR，并可以通过WSAGetLastError函数获取错误代码。

（4）示例代码

SOCKET sockfd;  
struct sockaddr_in serv_addr;  
  
// 创建套接字...  
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
if (sockfd < 0) {  
    // 错误处理...  
}  
  
// 设置服务器地址信息...  
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  
serv_addr.sin_family = AF_INET;  
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 服务器IP地址  
serv_addr.sin_port = htons(12345); // 服务器端口号  
  
// 发起连接请求...  
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {  
    // 连接失败处理...  
} else {  
    // 连接成功处理...  
}

1.2 listen 函数

listen 函数用于使套接字进入监听状态，等待客户端连接。这个函数通常用于服务器端套接字。

（1）函数原型

int listen(SOCKET s, int backlog);

（2）参数说明

  • s：一个已绑定但未连接的套接字描述符。
  • backlog：指定等待连接队列的最大长度。

（3）返回值

如果成功，返回 0。
如果失败，返回 SOCKET_ERROR，并可以通过 WSAGetLastError 函数获取错误代码。

（4）示例代码

SOCKET sockfd;  
  
// 创建并绑定套接字...  
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
if (sockfd < 0) {  
    // 错误处理...  
}  
  
// 绑定地址和端口...  
struct sockaddr_in serv_addr;  
// 设置serv_addr...  
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {  
    // 绑定失败处理...  
}  
  
// 进入监听状态...  
if (listen(sockfd, 5) < 0) {  
    // 监听失败处理...  
} else {  
    // 等待客户端连接...  
}

1.3 accept 函数

accept 函数用于接受一个来自客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于与该客户端通信。这个函数通常用于服务器端套接字，在 listen 函数之后调用。

（1）函数原型

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

（2）参数说明

  • s：一个处于监听状态的套接字描述符。
  • addr（可选）：指向一个sockaddr结构体的指针，用于接收客户端的地址信息。
  • addrlen（可选）：指向一个整数的指针，用于接收addr参数指向的地址结构的实际长度。

（3）返回值

  • 如果成功，返回一个新的套接字描述符，用于与客户端通信。
  • 如果失败，返回INVALID_SOCKET，并可以通过WSAGetLastError函数获取错误代码。

（4）示例代码

SOCKET listenfd, connfd;  
struct sockaddr_in cli_addr;  
socklen_t clilen;  
  
// 假设listenfd是一个已绑定并处于监听状态的套接字...  
  
// 接受客户端连接请求...  
clilen = sizeof(cli_addr);  
connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &clilen);  
if (connfd < 0) {  
    // 接受连接失败处理...  
} else {  
    // 与客户端通信...  
}

在这个例子中，accept 函数会阻塞调用线程，直到有客户端发起连接请求。当有一个客户端成功连接时，accept 函数会返回一个新的套接字描述符 connfd，这个新的套接字描述符用于与这个特定的客户端进行通信。同时，如果提供了 addr 和 addrlen 参数，accept 函数会填充这些参数以返回客户端的地址信息。

在实际应用中，服务器通常会在一个单独的线程中调用 accept 函数，以便在等待新的连接请求时能够继续处理现有的连接。这可以通过创建线程池或使用异步I/O技术来实现。

此外，值得注意的是，accept 函数返回的新套接字描述符 connfd 与原始的监听套接字描述符listenfd 是独立的。你可以使用 connfd 来读取和写入数据，而 listenfd 则继续用于接受新的连接请求。

最后，为了确保资源得到正确释放，当不再需要套接字时，应使用 closesocket 函数来关闭它们。这包括原始的监听套接字以及通过 accept 函数返回的每个新套接字。

2 数据发送与接收

2.1 send 函数

send 函数用于向已连接的套接字发送数据。在 TCP 编程中，需要先调用 connect 函数来建立连接，然后使用 send 函数来发送数据。

（1）函数原型

int send(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags);

（2）参数说明

  • s：已连接的套接字描述符。
  • buf：指向包含要发送数据的缓冲区的指针。
  • len：要发送数据的字节数。
  • flags：控制发送操作的标志，通常设置为0。

（3）返回值

  • 如果成功，返回发送的字节数。这不一定等于请求发送的字节数，特别是当套接字设置为非阻塞模式时。
  • 如果失败，返回SOCKET_ERROR，并可以通过WSAGetLastError函数获取错误代码。

（4）示例代码

#include <winsock2.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
  
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  
  
int main() {  
    WSADATA wsaData;  
    SOCKET sockfd;  
    struct sockaddr_in servaddr;  
    char sendbuf[] = "Hello, TCP server!";  
    int sendlen = strlen(sendbuf);  
  
    // 初始化Winsock库  
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {  
        printf("WSAStartup failed.\n");  
        return 1;  
    }  
  
    // 创建套接字  
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {  
        perror("socket creation failed");  
        return 1;  
    }  
  
    // 设置服务器地址信息  
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  
    servaddr.sin_family = AF_INET;  
    servaddr.sin_port = htons(12345); // 假设服务器端口是12345  
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 假设服务器IP是127.0.0.1  
  
    // 连接到服务器  
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {  
        perror("connection failed");  
        return 1;  
    }  
  
    // 发送数据  
    if (send(sockfd, sendbuf, sendlen, 0) != sendlen) {  
        perror("send failed");  
        return 1;  
    }  
    printf("Data sent successfully.\n");  
  
    // 关闭套接字  
    closesocket(sockfd);  
    WSACleanup();  
  
    return 0;  
}

2.2 sendto 函数

sendto 函数用于通过 UDP 套接字向指定地址发送数据报。由于 UDP 是无连接的，因此需要提供目标地址信息。

（1）函数原型

int sendto(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);

（2）参数说明

  • s：UDP套接字描述符。
  • buf：指向包含要发送数据的缓冲区的指针。
  • len：要发送数据的字节数。
  • flags：控制发送操作的标志，通常设置为0。
  • to：指向包含目标地址信息的sockaddr结构体的指针。
  • tolen：to参数指向的地址结构的长度。

（3）返回值

  • 如果成功，返回发送的字节数。
  • 如果失败，返回SOCKET_ERROR，并可以通过WSAGetLastError函数获取错误代码。

（4）示例代码

#include <winsock2.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
  
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  
  
int main() {  
    WSADATA wsaData;  
    SOCKET sockfd;  
    struct sockaddr_in servaddr;  
    char sendbuf[] = "Hello, UDP server!";  
    int sendlen = strlen(sendbuf);  
  
    // 初始化Winsock库  
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {  
        printf("WSAStartup failed.\n");  
        return 1;  
    }  
  
    // 创建UDP套接字  
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {  
        perror("socket creation failed");  
        return 1;  
    }  
  
    // 设置服务器地址信息  
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  
    servaddr.sin_family = AF_INET;  
    servaddr.sin_port = htons(12345); // 假设服务器端口是12345  
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 假设服务器IP是127.0.0.1  
  
    // 发送数据到服务器  
    if (sendto(sockfd, sendbuf, sendlen, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) != sendlen) {  
        perror("sendto failed");  
        return 1;  
    }  
    printf("Data sent successfully.\n");  
  
    // 关闭套接字  
    closesocket(sockfd);  
    WSACleanup();  
  
    return 0;  
}

2.3 recv 函数

recv 函数用于从已连接的套接字接收数据。在 TCP 编程中，需要先调用 accept 函数来接受连接，然后使用 recv 函数来接收数据。

（1）函数原型

recv函数用于从已连接的套接字接收数据。在TCP编程中，你通常会先调用accept函数来接受连接，然后使用recv函数来接收数据。

（2）参数说明

  • s：已连接的套接字描述符。
  • buf：指向用于存储接收数据的缓冲区的指针。
  • len：缓冲区的大小，即最多可以接收的字节数。
  • flags：控制接收操作的标志，通常设置为0。

（3）返回值

  • 如果成功，返回接收到的字节数。这可以是 0（表示连接已正常关闭），也可以是请求的字节数或更少的字节数。
  • 如果失败，返回 SOCKET_ERROR，并可以通过 WSAGetLastError 函数获取错误代码。

（4）示例代码

#include <winsock2.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  

#define BUFSIZE 1024  

int main() {
	WSADATA wsaData;
	SOCKET listenfd, connfd;
	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
	char buffer[BUFSIZE];
	int n;
	// 初始化Winsock库  
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
		printf("WSAStartup failed.\n");
		return 1;
	}

	// 创建套接字  
	if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
		perror("socket creation failed");
		return 1;
	}

	// 设置服务器地址信息  
	memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	servaddr.sin_port = htons(12345); // 假设服务器端口是12345  

	// 绑定套接字到地址  
	if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
		perror("bind failed");
		return 1;
	}

	// 开始监听连接  
	if (listen(listenfd, 5) < 0) {
		perror("listen failed");
		return 1;
	}

	// 接受客户端连接  
	int clilen = sizeof(cliaddr);
	if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen)) < 0) {
		perror("accept failed");
		return 1;
	}

	// 接收数据  
	n = recv(connfd, buffer, BUFSIZE - 1, 0);
	if (n < 0) {
		perror("recv failed");
		return 1;
	}
	buffer[n] = '\0';
	printf("Received: %s\n", buffer);

	// 关闭套接字  
	closesocket(connfd);
	closesocket(listenfd);
	WSACleanup();

	return 0;
}

2.4 recvfrom 函数

recvfrom 函数用于从 UDP 套接字接收数据报，并获取发送方的地址信息。由于 UDP 是无连接的，因此每次接收数据时都需要获取发送方的地址。

（1）函数原型

int recvfrom(SOCKET s, char *buf, int len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen);

（2）参数说明

  • s：UDP套接字描述符。
  • buf：指向用于存储接收数据的缓冲区的指针。
  • len：缓冲区的大小，即最多可以接收的字节数。
  • flags：控制接收操作的标志，通常设置为0。
  • from（可选）：指向一个sockaddr结构体的指针，用于接收发送方的地址信息。
  • fromlen（可选）：指向一个整数的指针，用于接收from参数指向的地址结构的实际长度。

（3）返回值

如果成功，返回接收到的字节数。
如果失败，返回 SOCKET_ERROR，并可以通过 WSAGetLastError 函数获取错误代码。

（4）示例代码

#include <winsock2.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  

#define BUFSIZE 1024  

int main() {
	WSADATA wsaData;
	SOCKET sockfd;
	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
	char buffer[BUFSIZE];
	int n;
	int clilen;

	// 初始化Winsock库  
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
		printf("WSAStartup failed.\n");
		return 1;
	}

	// 创建UDP套接字  
	if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
		perror("socket creation failed");
		return 1;
	}

	// 设置服务器地址信息  
	memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	servaddr.sin_port = htons(12345); // 假设服务器端口是12345  

	// 绑定套接字到地址  
	if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
		perror("bind failed");
		return 1;
	}

	// 接收数据  
	clilen = sizeof(cliaddr);
	n = recvfrom(sockfd, buffer, BUFSIZE - 1, 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen);
	if (n < 0) {
		perror("recvfrom failed");
		return 1;
	}
	buffer[n] = '\0';
	printf("Received from %s:%d: %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buffer);

	// 关闭套接字  
	closesocket(sockfd);
	WSACleanup();

	return 0;
}
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