C++實現簡單的網絡聊天程序

1、什么是socket，socket在哪？

   Socket是應用層與 TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。socket起源於Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作，Socket就是該模式的一個實現，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫、打開、關閉），這些函數我們在后面進行介紹。

有三種不同形式的套接字：流式套接字（SOCK_STREAM），數據包套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）。

基於TCP的Socket使用流式套接字，相比於使用數據包套接字的UDP來講，TCP可以使程序員不必關心數據正確性及順序正確性，缺點是效率較低。

基於TCP的Socket編程最常見的應用場景是在C/S架構下的分布式應用，針對客戶端和服務器端提供不同的Socket系統調用。

2、client/server(CS)模式

服務端：服務器端: 初始化 socket套接字----->綁定socket----->對端口進行監聽（listen）----->阻塞（accept）----->等待客戶端連接，至此程序運行到剛啟動服務端的狀態。

客戶端：初始化 socket套接字------>發送連接請求（connect），如果連接成功，客戶端發送數據請求，服務器接受請求並處理請求，把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，最后關閉連接，完成一次交互。

3、實現代碼及相關API介紹

//服務器
#include<iostream>
#include<winsock.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
using namespace std;
void initialization();
int main() {
    //定義長度變量
    int send_len = 0;
    int recv_len = 0;
    int len = 0;
    //定義發送緩沖區和接受緩沖區
    char send_buf[100];
    char recv_buf[100];
    //定義服務端套接字，接受請求套接字
    SOCKET s_server;
    SOCKET s_accept;
    //服務端地址客戶端地址
    SOCKADDR_IN server_addr;
    SOCKADDR_IN accept_addr;
    initialization();
    //填充服務端信息
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(1234);
    //創建套接字
    s_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (bind(s_server, (SOCKADDR*)& server_addr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR) {
        cout << "套接字綁定失敗！" << endl;
        WSACleanup();
    }
    else {
        cout << "套接字綁定成功！" << endl;
    }
    //設置套接字為監聽狀態
    if (listen(s_server, SOMAXCONN) < 0) {
        cout << "設置監聽狀態失敗！" << endl;
        WSACleanup();
    }
    else {
        cout << "設置監聽狀態成功！" << endl;
    }
    cout << "服務端正在監聽連接，請稍候...." << endl;
    //接受連接請求
    len = sizeof(SOCKADDR);
    s_accept = accept(s_server, (SOCKADDR*)& accept_addr, &len);
    if (s_accept == SOCKET_ERROR) {
        cout << "連接失敗！" << endl;
        WSACleanup();
        return 0;
    }
    cout << "連接建立，准備接受數據" << endl;
    //接收數據
    while (1) {
        recv_len = recv(s_accept, recv_buf, 100, 0);
        if (recv_len < 0) {
            cout << "接受失敗！" << endl;
            break;
        }
        else {
            cout << "客戶端信息:" << recv_buf << endl;
        }
        cout << "請輸入回復信息:";
        cin >> send_buf;
        send_len = send(s_accept, send_buf, 100, 0);
        if (send_len < 0) {
            cout << "發送失敗！" << endl;
            break;
        }
    }
    //關閉套接字
    closesocket(s_server);
    closesocket(s_accept);
    //釋放DLL資源
    WSACleanup();
    return 0;
}
void initialization() {
    //初始化套接字庫
    WORD w_req = MAKEWORD(2, 2);//版本號
    WSADATA wsadata;
    int err;
    err = WSAStartup(w_req, &wsadata);
    if (err != 0) {
        cout << "初始化套接字庫失敗！" << endl;
    }
    else {
        cout << "初始化套接字庫成功！" << endl;
    }
    //檢測版本號
    if (LOBYTE(wsadata.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsadata.wHighVersion) != 2) {
        cout << "套接字庫版本號不符！" << endl;
        WSACleanup();
    }
    else {
        cout << "套接字庫版本正確！" << endl;
    }
    //填充服務端地址信息

}

//客戶端
#include<iostream>
#include<winsock.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
using namespace std;
void initialization();
int main() {
    //定義長度變量
    int send_len = 0;
    int recv_len = 0;
    //定義發送緩沖區和接受緩沖區
    char send_buf[100];
    char recv_buf[100];
    //定義服務端套接字，接受請求套接字
    SOCKET s_server;
    //服務端地址客戶端地址
    SOCKADDR_IN server_addr;
    initialization();
    //填充服務端信息
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    server_addr.sin_port = htons(1234);
    //創建套接字
    s_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (connect(s_server, (SOCKADDR*)& server_addr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR) {
        cout << "服務器連接失敗！" << endl;
        WSACleanup();
    }
    else {
        cout << "服務器連接成功！" << endl;
    }

    //發送,接收數據
    while (1) {
        cout << "請輸入發送信息:";
        cin >> send_buf;
        send_len = send(s_server, send_buf, 100, 0);
        if (send_len < 0) {
            cout << "發送失敗！" << endl;
            break;
        }
        recv_len = recv(s_server, recv_buf, 100, 0);
        if (recv_len < 0) {
            cout << "接受失敗！" << endl;
            break;
        }
        else {
            cout << "服務端信息:" << recv_buf << endl;
        }

    }
    //關閉套接字
    closesocket(s_server);
    //釋放DLL資源
    WSACleanup();
    return 0;
}
void initialization() {
    //初始化套接字庫
    WORD w_req = MAKEWORD(2, 2);//版本號
    WSADATA wsadata;
    int err;
    err = WSAStartup(w_req, &wsadata);
    if (err != 0) {
        cout << "初始化套接字庫失敗！" << endl;
    }
    else {
        cout << "初始化套接字庫成功！" << endl;
    }
    //檢測版本號
    if (LOBYTE(wsadata.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsadata.wHighVersion) != 2)
 {
        cout << "套接字庫版本號不符！" << endl;
        WSACleanup();
    }
    else {
        cout << "套接字庫版本正確！" << endl;
    }
    //填充服務端地址信息

}

linux下和c++中相關API介紹：

1）socket()函數

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

domain：即協議域，又稱為協議族（family）。常用的協議族有，AF_INET、AF_INET6，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地址與端口號的組合

type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM

protocol：指定協議。常用的協議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP

在c++下，函數形式為

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

參數同上。

2）bind()函數

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

sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數創建，唯一標識一個socket。bind()函數就是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

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 */
};

addrlen：對應的是地址的長度

在c++下，函數形式為

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

參數s是欲建立連接的本地套接字描述符，參數name指出說明對方套接字地址結構的指針，對方套接字地址長度由namelen說明。

如果沒有錯誤發生，connect()返回0，否則返回值SOCKET_ERROR。

3）listen()、connect()函數

 int listen(int sockfd, int backlog);

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

對於服務器來說，在調用socket()、bind()之后就會調用listen()來監聽這個socket，如果客戶端這時調用connect()發出連接請求，服務器端就會接收到這個請求。

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隊列中允許的連接數目。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。

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，客戶端通過三次握手來建立與TCP服務器的連接。

在c++下，函數形式為

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);
int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

listen()中，參數s標識一個本地已建立、尚未連接的套接字號，服務器願意從它上面接收請求。backlog表示請求連接隊列的最大長度，用於限制排隊請求的個數。如果沒有錯誤發生，listen()返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。

connect()中，參數s是欲建立連接的本地套接字描述符，參數name指出說明對方套接字地址結構的指針，對方套接字地址長度由namelen說明。

4)accept()函數

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

TCP服務器端依次調用socket()、bind()、listen()之后，就會監聽指定的socket地址了。TCP客戶端依次調用socket()、connect()之后就向TCP服務器發送了一個連接請求。TCP服務器監聽到這個請求之后，就會調用accept()函數接收請求，這樣連接就建立好了，之后就可以開始I/O操作了。

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，第三個參數為協議地址的長度。如果accpet成功，那么其返回值是一個全新的描述字，返回客戶的TCP連接。

在c++中，函數形式為

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

參數s為本地套接字描述符，在用accept()調用參數前應該先調用過listen()。addr 指向客戶方套接字地址結構的指針，用來接收連接實體的地址。addr的確切格式由套接字創建時建立的地址族決定。addrlen 為客戶方套接字地址的長度(字節數)。如果沒有錯誤發生，accept()返回一個SOCKET類型的值，表示接收到的套接字的描述符。否則返回INVALID_SOCKET。

5)send()、recv()函數

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);

send()中sockfd是你想發送數據的套接字描述字，msg 是指向你想發送的數據的指針，len是數據的長度，flags一般設置為0。

recv()中sockfd是要讀的套接字描述字，buf是要讀的信息的緩沖，len是緩沖的最大長度，flags一般設置為0。

在c++下，函數形式為

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

6）close()函數

int close(int fd);

在服務器與客戶端建立連接之后，會進行一些讀寫操作,完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述字，好比操作完打開的文件要調用fclose關閉打開的文件。

在c++下,函數形式為

int PASCAL FAR closesocket ( IN SOCKET s);

4、程序運行結果：