Windows下Socket網絡通信TCP傳輸Client端的C/C++實現詳解

前言

這幾日在做有關網絡通信的socket編程大作業，特此記錄。先寫TCP，這篇記錄Windows上Client端的，下篇寫Linux上Server端的。

代碼

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include<time.h>
#define	BUF_SIZE 1024
using namespace std;

int tcp_client()
{
	//1.啓動SOCKET庫，版本爲2.0
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;
	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 0);
	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	//處理啓動失敗
	if (err != 0)
	{
		cout << "Socket2.0初始化失敗，Exit!";
		return 0;
	}
	//確認版本
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 0)
	{
		WSACleanup();
		return 0;
	}

	//2.創建socket
	SOCKET sock;                   //socket
	sock = socket(
		AF_INET,           //internetwork: UDP, TCP, etc
		SOCK_STREAM,        //TCP
		0                  //protocol
		);

	if (sock == INVALID_SOCKET) {
		cout << "Socket 創建失敗，Exit!";
		return 0;
	}

	//3.設置發往的地址
	SOCKADDR_IN addrto;            //發往的地址	
	memset(&addrto, 0, sizeof(addrto));
	addrto.sin_family = AF_INET;
	addrto.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("39.105.16.186"); 
	//端口號必須和服務器綁定的端口號一致
	addrto.sin_port = htons(6666);
	//申請鏈接服務器
	if (connect(sock, (SOCKADDR*)&addrto, sizeof(SOCKADDR))==0)printf("connect success!\n");
	else printf("connect failed!\n");

	time_t start, finish;
	int times = 2;
	start = clock();
	while (times>0) {
		times -= 1;
		char recvBuf[BUF_SIZE];
		recv(sock, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
		cout << recvBuf << endl;
		printf("Msg has been received!\n");
		char sendBuf[BUF_SIZE];
		sprintf(sendBuf, "Hello World! This is client");
		send(sock, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0);
	}
	finish = clock();
	printf("Msg has been sent!\nTotal time:%fms", difftime(finish, start));

	if (!closesocket(sock))
	{
		WSAGetLastError();
		return 0;
	}
	if (!WSACleanup())
	{
		WSAGetLastError();
		return 0;
	}
	cout << "客戶端關閉" << endl;
	return 0;

}
int main(){
	tcp_client();
	//udp_client();
}

流程概覽

重要知識點

先上文檔：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/_winsock/

本博主要從初始化、連接、傳輸、關閉四個層面解析代碼。

初始化

WSAStartup

int WSAStartup(
  WORD      wVersionRequired,
  LPWSADATA lpWSAData
);

使用Socket的程序在使用Socket之前必須調用WSAStartup函數。以後應用程序就可以調用所請求的Socket庫中的其它Socket函數了。該函數執行成功後返回0。
先來看一段代碼：

#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")
int main()
   {
    WSADATA wsa={0};
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa);//使用模塊：wsastart(word(num，num),&ipwasdata)
    return 0;
   }

MAKEWORD(a,b)是將兩個byte型合併成一個word型，一個在高8位(b)，一個在低8位(a)。
比如A=2;B=1。A的二進制是0000 0010；B的二進制爲0000 0001。B是表示高8位，A表示低8位 合併起來就是
0000 0001 0000 0010
即2 ^ 8 + 2 ^ 1=258;可嘗試驗證：

printf("%d",MAKEWORD(2, 1));

word代表一個雙字節型的數值，前面高位字節定義的是次版本號，後面低位字節定義的是主版本號。簡單來說，MAKEWORD(2,2)就是調用2.2版，MAKEWORD(1,1)就是調用1.1版。
不同版本是有區別的，例如1.1版只支持TCP/IP協議，而2.0版可以支持多協議。2.0版有良好的向後兼容性，任何使用1.1版的源代碼、二進制文件、應用程序都可以不加修改地在2.0規範下使用。
ipwasdata是指向WSADATA數據結構的指針，該數據結構將接收Windows套接字實現的詳細信息。
使用wsastartup前需要

#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")

#pragma comment(lib, “WS2_32”)相當於是把WS2_32.lib 這個庫加入到工程文件中，運行一次後就可以註釋掉。換言之只需在首次運行時寫上。

Socket

https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winsock2/nf-winsock2-socket
https://www.cnblogs.com/hgwang/p/6074038.html

    SOCKET sock;                   //socket
	sock = socket(
		AF_INET,           //internetwork: UDP, TCP, etc
		SOCK_STREAM,        //TCP
		0                  //protocol
		);

	if (sock == INVALID_SOCKET) {
		cout << "Socket 創建失敗，Exit!";
		return 0;
	}

如果不出錯，socket函數將返回socket的描述符（句柄），否則，將返回INVALID_SOCKET。

連接

https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/winsock/ns-winsock-sockaddr_in

如果未發生錯誤，則connect返回0。否則，它將返回SOCKET_ERROR，並且可以通過調用WSAGetLastError來檢索特定的錯誤代碼 。
先看代碼，基本都是固定用法：

	SOCKADDR_IN addrto;            //發往的地址	
	memset(&addrto, 0, sizeof(addrto));
	addrto.sin_family = AF_INET;
	addrto.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("39.105.16.186"); 
	//端口號必須和服務器綁定的端口號一致
	addrto.sin_port = htons(6666);
	//申請鏈接服務器
	if (connect(sock, (SOCKADDR*)&addrto, sizeof(SOCKADDR))==0)printf("connect success!\n");
	else printf("connect failed!\n");

sockaddr以及in_addr

結構體定義如下：

typedef struct sockaddr_in {
  short          sin_family;
  u_short        sin_port;
  struct in_addr sin_addr;
  char           sin_zero[8];
} SOCKADDR_IN, *PSOCKADDR_IN, *LPSOCKADDR_IN;

struct in_addr {
  union {
    struct {
      u_char s_b1;
      u_char s_b2;
      u_char s_b3;
      u_char s_b4;
    } S_un_b;
    struct {
      u_short s_w1;
      u_short s_w2;
    } S_un_w;
    u_long S_addr;
  } S_un;
};

connect

向目標申請連接：

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

參數說明

s

標識未連接套接字的描述符。

name

指向應建立連接的sockaddr結構的指針 。

namelen

name參數所指向的sockaddr結構的長度（以字節爲單位）。

傳輸

char recvBuf[BUF_SIZE];
recv(sock, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
cout << recvBuf << endl;
char sendBuf[BUF_SIZE];
sprintf(sendBuf, "Hello World! This is client");
send(sock, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0);

send

如果未發生錯誤，則send返回已發送的字節總數， 該總數可以小於len參數中請求發送的字節數。否則，將返回SOCKET_ERROR的值，並且可以通過調用WSAGetLastError來檢索特定的錯誤代碼 。
具體看文檔。只重點說兩條。一是返回值設置不能簡單填宏定義的變量，最好用sizeof；二是第四個參數flag，百度基本沒有討論這個的，它的值一般填0，想了解更具體的可以看文檔，反正我沒看懂……

recv

如果未發生錯誤，則 recv返回接收到的字節數，並且buf參數指向的緩衝區將包含接收到的該數據。如果已正常關閉連接，則返回值爲零。
recv的關注點和send一樣。send/recv兩個是一對。

sendto/recvfrom

和send/recv基本一樣。最大的不同是在參數中指定了地址，然而在connect狀態下可以直接用send/recv。UDP傳輸可用sendto/recvfrom。

關閉

closesocket

int closesocket(
  IN SOCKET s
);

如果沒有錯誤發生， closesocket返回零。否則，將返回SOCKET_ERROR的值，並且可以通過調用WSAGetLastError來檢索特定的錯誤代碼 。

WSACleanup

int WSAAPI WSACleanup();

如果操作成功，則返回值爲零。否則，將返回值SOCKET_ERROR，並且可以通過調用WSAGetLastError來檢索特定的錯誤號。
應用程序在完成對請求的Socket庫的使用後，要調用WSACleanup函數來解除與Socket庫的綁定並且釋放Socket庫所佔用的系統資源。

心得

心得就是，有文檔看文檔，百度谷歌都沒看文檔好使。
我文檔檢索能力可能有問題，一開始的時候輸入各種關鍵字，無論百度還是谷歌都沒推薦給我上面po出來的微軟官網文檔。後來無意間才找到，真是打開新世界大門。
個人認爲目前百度、CSDN上關於socket底層的博文質量都不高，所以想要認真學習的小夥伴一定要看文檔！