c++ 實時通信系統(c++socket篇)

　　在上一篇簡單的介紹了TCP/IP協議，在這一篇我們主要介紹socket的具體實現的函數

第一步首先我們套添加上頭文件：（#pragma comment(lib, "WS2_32")這是靜態的加入庫文件，這里面有API函數的內容）

#include <winsock2.h>  
#include<ws2tcpip.h>//定義socklen_t

using namespace std;

#pragma comment(lib, "WS2_32")  // 鏈接到WS2_32.lib

第二步初始化套接字環境，（為了在應用程序當中調用任何一個Winsock API函數，首先第一件事情就是必須通過WSAStartup函數完成對Winsock服務的初始化，因此需要調用WSAStartup函數。使用Socket的程序在使用Socket之前必須調用WSAStartup函數。該函數的第一個參數指明程序請求使用的Socket版本，）

	int   Ret;
	WSADATA   wsaData;                        // 用於初始化套接字環境
	// 初始化WinSock環境
	if ((Ret = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)) != 0)
		{
		   printf("WSAStartup()   failed   with   error   %d\n", Ret);
		   WSACleanup();

		}

第三步接下來就是socket的API函數的按順序調用就是上一篇中的socket架構，接下來介紹一下API函數

　1.socket

　　int socket(int domain, int type, int protocol);

SOCKET s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    if (s == INVALID_SOCKET)
    {
        int er = WSAGetLastError();
        return 0;
    }

　　

　　socket函數對應於普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個文件描述字，而socket()用於創建一個socket描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。這個socket描述字跟文件描述字一樣.

　　創建socket的時候，也可以指定不同的參數創建不同的socket描述符，socket函數的三個參數分別為：

• domain：即協議域，又稱為協議族（family）。常用的協議族有，AF_INET(其實就是IPV4)、AF_INET6（IPV6）、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
• type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM（流套接字，使用TCP協議）、SOCK_DGRAM（數據報套接字，使用UDP協議）、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定協議。常用的協議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、STCP傳輸協議、TIPC傳輸協議（這個協議我將會單獨開篇討論！）。

注意：並不是上面的type和protocol可以隨意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的默認協議。

當我們調用socket創建一個socket時，返回的socket描述字它存在於協議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調用bind()函數，否則就當調用connect()、listen()時系統會自動隨機分配一個端口。我們創建的套接字都是主動的，阻塞的套接字。

　　如果不出錯，socket函數將返回socket的描述符（句柄，一般都是大於零的），否則，將返回INVALID_SOCKET。

　　2.bind

　　int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockaddr_in service;
  service.sin_family = AF_INET;
  service.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  service.sin_port = htons(27015);

  //----------------------
  // Bind the socket.
  if (bind( ListenSocket, (SOCKADDR*) &service,sizeof(service)) == SOCKET_ERROR) {
    closesocket(ListenSocket);
    return;
  }

　　

　　正如上面所說bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。

　　函數的三個參數分別為：

• sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數創建了，唯一標識一個socket。bind()函數就是將給這個描述字綁定一個名字。
• addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協議地址。這個地址結構根據地址創建socket時的地址協議族的不同而不同，如ipv4對應的是： 
  

  struct sockaddr_in {
      sa_family_t     sin_family; /* address family: AF_INET */
      in_port_t       sin_port;   /* port in network byte order */
      struct in_addr  sin_addr;   /* internet address */
  };
  
  /* Internet address. */
  struct in_addr {
      uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
  };
  //ipv6對應的是： 
  struct sockaddr_in6 { 
      sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
      in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
      uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
      struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
      uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
  };
  
  struct in6_addr { 
      unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
  };
  //Unix域對應的是： 
  #define UNIX_PATH_MAX    108
  
  struct sockaddr_un { 
      sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
      char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
  };

• addrlen：對應的是地址的長度。

通常服務器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+端口號），用於提供服務，客戶就可以通過它來接連服務器；而客戶端就不用指定，有系統自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務器端在listen之前會調用bind()，而客戶端就不會調用，而是在connect()時由系統隨機生成一個。

　　無錯誤返回0，又錯誤返回SOCKET_ERROR(-1),我們可以調用WSAGetLastError來看具體的錯誤。

htons（host to unsigned short）和htonl（host to unsigned long）

各個機器cpu對數據存儲和表示的方法不通，intel機器用littele-endian存數據，而IBM機器用big-endian存數據。網絡協議為取消這種差異，一致采用big-endian方式。htons用於將unsigned short的數值從littele-endian轉換為big-endian，由於short只有2字節，常用語port數值的轉換。htons用於將unsigned long的數值從littele-endian轉換為big-endian，long有4字節，常用於ipv4地址的轉換。

1 u_short htons( __in     u_short hostshort);
2 u_long htonl(__in      u_long hostlong);

 

inet_addr和inet_ntoa

inet_addr用於將ipv4格式的字符串轉換為unsigned long的數值。inet_ntoa用於將struct in_addr的地址轉換為ipv4格式的字符串。

1 unsigned long inet_addr(  __in    const char* cp);
2 char* FAR inet_ntoa(  __in     struct   in_addr in);

　　3.listen

　　int listen(int sockfd, int backlog);

if (listen(s,SOMAXCONN ) == SOCKET_ERROR)
   {
          int er = WSAGetLastError();
          closesocket(s);
      }

　　listen函數的第一個參數即為要監聽的socket描述字，第二個參數為相應socket可以排隊的最大連接個數。socket()函數創建的socket默認是一個主動類型的，listen函數將socket變為被動類型的，等待客戶的連接請求。

　　沒有錯誤發生將返回0，否則返回SOCKET_ERROR .

      4.connect

　　int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockaddr_in server;
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(8828);
        server.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        if (connect(cnetsocket,(sockaddr*)&server,sizeof(server)) == SOCKET_ERROR)
        {
            break;
        }

　　connect函數的第一個參數即為客戶端的socket描述字，第二參數為服務器的socket地址，第三個參數為socket地址的長度。客戶端通過調用connect函數來建立與TCP服務器的連接。

　　0表示正確，否則，將返回SOCKET_ERROR。如果是阻塞式的socket連接，返回值代表了連接正常與失敗。

　　5.accept

　　int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

SOCKET ac =accept(listener, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addrLength);
    if (ac == INVALID_SOCKET)
    {
        int er = WSAGetLastError();
        closesocket(s);
    }

　　

accept函數的第一個參數為服務器的socket描述字，第二個參數為指向struct sockaddr *的指針，用於返回客戶端的協議地址，第三個參數為協議地址的長度。如果accpet成功，那么其返回值是由內核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。

如果不發生錯誤，accept將返回一個新的SOCKET描述符，即新建連接的socket句柄。否則，將返回INVALID_SOCKET。傳進去的addrlen應該是參數addr的長度，返回的addrlen是實際長度

注意：accept的第一個參數為服務器的socket描述字，是服務器開始調用socket()函數生成的，稱為監聽socket描述字；而accept函數返回的是已連接的socket描述字。一個服務器通常通常僅僅只創建一個監聽socket描述字，它在該服務器的生命周期內一直存在。內核為每個由服務器進程接受的客戶連接創建了一個已連接socket描述字，當服務器完成了對某個客戶的服務，相應的已連接socket描述字就被關閉。

　　6.send,recv

　　ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

　　ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

　　send的返回值標識已發送數據的長度，這個值可能比參數len小，這也意味着數據緩沖區沒有全部發出去，要進行后續處理。返回SOCKET_ERROR標識send出錯。

　　recv的返回值標識已接收數據的長度。如果連接已關閉，返回值將是0。返回SOCKET_ERROR標識recv出錯。

　　9.closesocket

　　closesocket( __in SOCKET );//關閉socket

　　

　　10 ：getsockname  獲取本地IP和PORT

　　Description：The getsockname function retrieves the local name for a socket.

1 int getsockname(
2   __in          SOCKET s,
3   __out         struct sockaddr* name,
4   __in_out      int* namelen
5 );

　　Parameters

　　s

Descriptor identifying a socket.

　　name

Pointer to a SOCKADDR structure that receives the address (name) of the socket.

　　namelen

Size of the name buffer, in bytes.

　　Return Value

　　If no error occurs, getsockname returns zero. Otherwise, a value of SOCKET_ERROR is returned, and a specific error code can be retrieved by calling WSAGetLastError.

　　11 ：getpeername  獲取對端IP和PORT

1 int getpeername(
2   __in          SOCKET s,
3   __out         struct sockaddr* name,
4   __in_out      int* namelen
5 );

 

　　Getpeername和getsockname參數一樣。

　　12.實現socket的非阻塞（在下一篇有他的用法）

　　nt ioctlsocket (SOCKET s,         long cmd,         u_long FAR* argp  );

unsigned long flag=1; 
if (ioctlsocket(sock,FIONBIO,&flag)!=0) 
{ 
    closesocket(sock); 
    return false; 
}

以下是對ioctlsocket函數的相關解釋： 
int PASCAL FAR ioctlsocket( SOCKET s, long cmd, u_long FAR* argp); 
s：一個標識套接口的描述字。 
cmd：對套接口s的操作命令。 
argp：指向cmd命令所帶參數的指針。

　　具體的操作可以看https://blog.csdn.net/susubuhui/article/details/7568431