Windows下Socket网络通信TCP传输Client端的C/C++实现详解

前言

这几日在做有关网络通信的socket编程大作业，特此记录。先写TCP，这篇记录Windows上Client端的，下篇写Linux上Server端的。

代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
#pragma comment(lib, "WS2_32")
#include 
#include 
#include
#define	BUF_SIZE 1024
using namespace std;

int tcp_client()
{
	//1.启动SOCKET库，版本为2.0
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;
	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 0);
	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	//处理启动失败
	if (err != 0)
	{
		cout << "Socket2.0初始化失败，Exit!";
		return 0;
	}
	//确认版本
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 0)
	{
		WSACleanup();
		return 0;
	}

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

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

	//3.设置发往的地址
	SOCKADDR_IN addrto;            //发往的地址	
	memset(&addrto, 0, sizeof(addrto));
	addrto.sin_family = AF_INET;
	addrto.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("39.105.16.186"); 
	//端口号必须和服务器绑定的端口号一致
	addrto.sin_port = htons(6666);
	//申请链接服务器
	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 << "客户端关闭" << endl;
	return 0;

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

流程概览

重要知识点

先上文档：

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

本博主要从初始化、连接、传输、关闭四个层面解析代码。

初始化

WSAStartup

int WSAStartup(
  WORD      wVersionRequired,
  LPWSADATA lpWSAData
);

使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数。以后应用程序就可以调用所请求的Socket库中的其它Socket函数了。该函数执行成功后返回0。
先来看一段代码：

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

MAKEWORD(a,b)是将两个byte型合并成一个word型，一个在高8位(b)，一个在低8位(a)。
比如A=2;B=1。A的二进制是0000 0010；B的二进制为0000 0001。B是表示高8位，A表示低8位 合并起来就是
0000 0001 0000 0010
即2 ^ 8 + 2 ^ 1=258;可尝试验证：

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

word代表一个双字节型的数值，前面高位字节定义的是次版本号，后面低位字节定义的是主版本号。简单来说，MAKEWORD(2,2)就是调用2.2版，MAKEWORD(1,1)就是调用1.1版。
不同版本是有区别的，例如1.1版只支持TCP/IP协议，而2.0版可以支持多协议。2.0版有良好的向后兼容性，任何使用1.1版的源代码、二进制文件、应用程序都可以不加修改地在2.0规范下使用。
ipwasdata是指向WSADATA数据结构的指针，该数据结构将接收Windows套接字实现的详细信息。
使用wsastartup前需要

#include 
#pragma comment(lib, "WS2_32")

#pragma comment(lib, “WS2_32”)相当于是把WS2_32.lib 这个库加入到工程文件中，运行一次后就可以注释掉。换言之只需在首次运行时写上。

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 创建失败，Exit!";
		return 0;
	}

如果不出错，socket函数将返回socket的描述符（句柄），否则，将返回INVALID_SOCKET。

连接

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

如果未发生错误，则connect返回0。否则，它将返回SOCKET_ERROR，并且可以通过调用WSAGetLastError来检索特定的错误代码 。
先看代码，基本都是固定用法：

	SOCKADDR_IN addrto;            //发往的地址	
	memset(&addrto, 0, sizeof(addrto));
	addrto.sin_family = AF_INET;
	addrto.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("39.105.16.186"); 
	//端口号必须和服务器绑定的端口号一致
	addrto.sin_port = htons(6666);
	//申请链接服务器
	if (connect(sock, (SOCKADDR*)&addrto, sizeof(SOCKADDR))==0)printf("connect success!\n");
	else printf("connect failed!\n");

sockaddr以及in_addr

结构体定义如下：

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

向目标申请连接：

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

参数说明

s

标识未连接套接字的描述符。

name

指向应建立连接的sockaddr结构的指针 。

namelen

name参数所指向的sockaddr结构的长度（以字节为单位）。

传输

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

如果未发生错误，则send返回已发送的字节总数， 该总数可以小于len参数中请求发送的字节数。否则，将返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError来检索特定的错误代码 。
具体看文档。只重点说两条。一是返回值设置不能简单填宏定义的变量，最好用sizeof；二是第四个参数flag，百度基本没有讨论这个的，它的值一般填0，想了解更具体的可以看文档，反正我没看懂……

recv

如果未发生错误，则 recv返回接收到的字节数，并且buf参数指向的缓冲区将包含接收到的该数据。如果已正常关闭连接，则返回值为零。
recv的关注点和send一样。send/recv两个是一对。

sendto/recvfrom

和send/recv基本一样。最大的不同是在参数中指定了地址，然而在connect状态下可以直接用send/recv。UDP传输可用sendto/recvfrom。

关闭

closesocket

int closesocket(
  IN SOCKET s
);

如果没有错误发生， closesocket返回零。否则，将返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError来检索特定的错误代码 。

WSACleanup

int WSAAPI WSACleanup();

如果操作成功，则返回值为零。否则，将返回值SOCKET_ERROR，并且可以通过调用WSAGetLastError来检索特定的错误号。
应用程序在完成对请求的Socket库的使用后，要调用WSACleanup函数来解除与Socket库的绑定并且释放Socket库所占用的系统资源。

心得

心得就是，有文档看文档，百度谷歌都没看文档好使。
我文档检索能力可能有问题，一开始的时候输入各种关键字，无论百度还是谷歌都没推荐给我上面po出来的微软官网文档。后来无意间才找到，真是打开新世界大门。
个人认为目前百度、CSDN上关于socket底层的博文质量都不高，所以想要认真学习的小伙伴一定要看文档！