在 Windows 操作系统中,原生提供了强大的网络编程支持,允许开发者使用 Socket API 进行网络通信,通过 Socket API,开发者可以创建、连接、发送和接收数据,实现网络通信。本文将深入探讨如何通过调用原生网络 API 实现同步远程通信,并介绍了一个交互式 Socket 类的封装,提升了编写交互式服务器的便利性。
为了更好地利用原生网络 API,我们引入了一个交互式 Socket 类的封装。这个类抽象了底层的网络细节,提供了简单而强大的接口,使得服务器端的交互式功能更容易实现。我们将详细介绍这个类的设计和使用方法。
MySocket
类是一个 C++ 套接字类,封装了在 Windows 平台上使用原生网络 API 进行同步远程通信的基本功能,该类需要使用多字节编码模式,服务端与客户端均需要引入此类,在项目头文件中均需要新建MySocket.hpp
文件。
完整代码如下所示;
#pragma once
#include
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
class MySocket
{
protected:
SOCKET m_hSocket;
public:
// 获取对端Socket用户IP端口等
BOOL GetPeerName(char* rSocketAddress, UINT& rSocketPort)
{
sockaddr_in name = { AF_INET };
int lenname = sizeof(name);
if (getpeername(m_hSocket, (sockaddr*)&name, &lenname) < 0)
return false;
strcpy(rSocketAddress, inet_ntoa(name.sin_addr));
rSocketPort = htons(name.sin_port);
return true;
}
// 获取本机Socket用户IP端口等
BOOL GetSockName(char* rSocketAddress, UINT& rSocketPort)
{
sockaddr_in name = { AF_INET };
int lenname = sizeof(name);
if (getsockname(m_hSocket, (sockaddr*)&name, &lenname) < 0)
return false;
strcpy(rSocketAddress, inet_ntoa(name.sin_addr));
rSocketPort = htons(name.sin_port);
return true;
}
// 获取当前用户SocketID
BOOL GetSocketID()
{
return m_hSocket;
}
// 创建套接字
BOOL Create(UINT nSocketPort = 0, int nSockType = SOCK_STREAM, LPCTSTR lpszSocketAddress = NULL)
{
// 创建套接字
m_hSocket = socket(AF_INET, nSockType, 0);
if (m_hSocket == INVALID_SOCKET)
return false;
// 设置IP地址和端口
sockaddr_in sa = { AF_INET };
sa.sin_port = htons(nSocketPort);
if (lpszSocketAddress)
sa.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpszSocketAddress);
// 绑定套接字和IP地址端口
return !bind(m_hSocket, (sockaddr*)&sa, sizeof(sa));
}
// 接受客户请求
BOOL Accept(MySocket& rConnectedSock, LPSTR szIp = NULL, UINT* nPort = NULL)
{
sockaddr_in sa = { AF_INET };
int nLen = sizeof(sa);
rConnectedSock.m_hSocket = accept(this->m_hSocket, (sockaddr*)&sa, &nLen);
if (rConnectedSock.m_hSocket == INVALID_SOCKET)
return false;
if (szIp)
strcpy(szIp, inet_ntoa(sa.sin_addr));
if (nPort)
*nPort = htons(sa.sin_port);
return true;
}
// 连接服务端
BOOL Connection(LPCSTR lpszHostAddress, UINT nPort)
{
sockaddr_in sa = { AF_INET };
sa.sin_port = htons(nPort);
sa.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpszHostAddress);
return !connect(m_hSocket, (sockaddr*)&sa, sizeof(sa));
}
// 侦听
BOOL Listen(int nConnectionBacklog = 5)
{
return !listen(m_hSocket, nConnectionBacklog);
}
// 逐条发送
int Send(const void* lpBuf, int nBufLen, int nFlags = 0)
{
return send(m_hSocket, (LPCSTR)lpBuf, nBufLen, nFlags);
}
// 发送整个缓冲区
int SendTo(const void* lpBuf, int nBufLen, UINT nHostPort, LPCSTR lpszHostAddress = NULL,
int nFlags = 0)
{
sockaddr_in to = { AF_INET };
to.sin_port = htons(nHostPort);
to.sin_addr.s_addr = inet_addr(lpszHostAddress);
return sendto(m_hSocket, (LPCSTR)lpBuf, nBufLen, nFlags, (sockaddr*)&to, sizeof(to));
}
// 逐条接收
int Receive(void* lpBuf, int nBufLen, int nFlags = 0)
{
return recv(m_hSocket, (LPTSTR)lpBuf, nBufLen, nFlags);
}
// 接收整个缓冲区
int ReceiveFrom(void* lpBuf, int nBufLen, char* rSocketAddress, UINT& rSocketPort, int nFlags = 0)
{
sockaddr_in from = { AF_INET };
int lenFrom = sizeof(from);
int n = recvfrom(m_hSocket, (LPSTR)lpBuf, nBufLen, nFlags, (sockaddr*)&from, &lenFrom);
strcpy(rSocketAddress, inet_ntoa(from.sin_addr));
rSocketPort = htons(from.sin_port);
return n;
}
// 关闭套接字
void Close()
{
closesocket(m_hSocket);
m_hSocket = INVALID_SOCKET;
}
MySocket()
{
WSADATA wsaData;
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
m_hSocket = INVALID_SOCKET;
}
~MySocket()
{
Close();
}
};
以下是对该类的概括:
MySocket
SOCKET m_hSocket
:套接字句柄,用于标识一个套接字。Create
:创建套接字,并可指定类型、本地端口和地址。Accept
:接受客户请求,返回连接的套接字。Connection
:连接到服务端。Listen
:开始监听连接请求。Send
:逐条发送数据。SendTo
:发送整个缓冲区到指定地址。Receive
:逐条接收数据。ReceiveFrom
:接收整个缓冲区,并获取发送端地址和端口。Close
:关闭套接字。MySocket
:初始化 Winsock 库和套接字句柄。~MySocket
:关闭套接字。该类提供了一些基本的网络编程功能,适合用于创建简单的服务器端和客户端。需注意,这是一个同步实现的套接字类,适用于一些较为简单的网络通信需求。
通过具体的代码示例,我们将演示如何使用交互式 Socket 类在 Windows 操作系统上实现同步远程通信。代码将包括服务器端和客户端的实现,以及它们之间的交互过程。通过这些示例,读者将更好地理解如何在实际项目中应用这些概念。
如下代码是一个简单的服务端程序,通过 MySocket
类建立基于 TCP 协议的服务器,通过sock.Create()
创建套接字,然后通过sock.Accept()
接收套接字,当有新的套接字连入时自动调用_beginthread()
函数开启一个子线程维持套接字的运行,每一个子线程内部则都由ClientPro()
函数来实现交互。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include
#include
#include "MySocket.hpp"
using namespace std;
void ClientPro(void* ptr)
{
// 初始化
MySocket* pSock = (MySocket*)ptr;
MySocket server_socket = *pSock;
server_socket.Send((const char *)"Welcome to LyServer", 19);
// 获取客户端信息
char sIp[20];
UINT nPort;
server_socket.GetPeerName(sIp, nPort);
while (true)
{
char szBuffer[4096] = { 0 };
// 接收客户返回消息
int ref = server_socket.Receive(szBuffer, sizeof(szBuffer));
if (ref <= 0)
{
std::cout << "客户: " << sIp << ":" << nPort << " [已断开]" << std::endl;
break;
}
std::cout << "地址: " << sIp << ":" << nPort << " 接收命令: " << szBuffer << std::endl;
// 选择不同的命令
if (strcmp(szBuffer, "list\n") == 0)
{
std::cout << "输出文件" << std::endl;
}
else if (strcmp(szBuffer, "download\n") == 0)
{
std::cout << "下载文件" << std::endl;
}
else if (strcmp(szBuffer, "upload\n") == 0)
{
std::cout << "上传文件" << std::endl;
}
// 返回给客户端
server_socket.Send((char*)"ok", 2);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
MySocket sock;
if (!sock.Create(8233, SOCK_STREAM, "127.0.0.1"))
{
return -1;
}
// 获取本机信息
char sSevIp[20];
UINT nSevPort;
sock.GetSockName(sSevIp, nSevPort);
std::cout << "服务端: " << sSevIp << ":" << nSevPort << " 服务器启动成功" << std::endl;
sock.Listen(5);
// 获取客户端信息
char sIp[20];
UINT nPort;
MySocket ptr;
while (true)
{
// 当有新用户进来自动创建一个线程来维持会话
sock.Accept(ptr, sIp, &nPort);
std::cout << "客户: " << sIp << ":" << nPort << " [已登录]" << std::endl;
// 多线程
_beginthread(ClientPro, 0, &ptr);
}
return 0;
}
以下是对该代码的概括:
ClientPro
函数:处理每个客户端的会话。向客户端发送欢迎消息,接收客户端发送的命令,根据不同的命令执行相应的操作,并向客户端发送响应。该函数通过多线程在后台运行,使得服务器能够同时处理多个客户端。main
函数:在主线程中创建 MySocket
类实例 sock
,并调用 Create
函数创建服务器套接字。然后,通过 Listen
函数监听客户端连接。在循环中,通过 Accept
函数接受客户端连接,并为每个客户端创建一个新线程,用于处理客户端的会话。_beginthread
函数在每个新连接上创建一个线程,用于处理该客户端的会话。如下代码是一个简单的客户端程序,通过 MySocket
类实现与服务端的基于 TCP 协议的通信,通过sock.Connection()
建立套接字链接,通过sock.Receive()
接收数据,通过sock.Send()
发送数据,其运行原理与原生套接字写法保持一致。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include
#include "MySocket.hpp"
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
MySocket sock;
if (!sock.Create(0, SOCK_STREAM))
{
return -1;
}
// 获取本机信息
char sClientIp[20];
UINT nClientPort;
sock.GetSockName(sClientIp, nClientPort);
std::cout << "服务端: " << sClientIp << ":" << nClientPort << " 服务器启动成功" << std::endl;
if (!sock.Connection("127.0.0.1", 8233))
{
cout << "连接服务器失败" << GetLastError() << endl;
return -1;
}
char szBuffer[4096] = { 0 };
int ref = sock.Receive(szBuffer, sizeof(szBuffer));
szBuffer[ref] = 0;
std::cout << "服务端回应: " << szBuffer << std::endl;
while (true)
{
// 循环接受输入
input:
memset(szBuffer, 0, 4096);
std::cout << "Input CMD > ";
// 接收输入命令
int inputLine = 0;
while ((szBuffer[inputLine++] = getchar()) != '\n');
if (strlen(szBuffer) == 1)
goto input;
// 发送数据
sock.Send(szBuffer, 4096, 0);
// 接收回显
memset(szBuffer, 0, 4096);
sock.Receive(szBuffer, 4096, 0);
std::cout << "服务端回显: " << szBuffer << std::endl;
}
sock.Close();
return 0;
}
以下是对该代码的概括:
127.0.0.1:8233
),与服务器建立连接后,可以输入命令并发送到服务器,接收并显示服务器的回显。main
函数:在主线程中创建 MySocket
类实例 sock
,并调用 Create
函数创建客户端套接字。然后,通过 Connection
函数连接到服务器。接着,通过 Receive
函数接收服务器发送的欢迎消息,并显示在控制台。input
标签重新接收输入。GetLastError()
输出详细错误信息。sock.Close()
关闭套接字。依次运行服务端和客户端,然后当客户端连接成功后此时的服务端即可收到连接请求,此时客户端可以执行各类简单的命令,如下图所示;
上述代码只是一个简单的演示案例,用来演示如何使用套接字编写交互程序,如下我们将继续完善这段代码,实现一个简单的带有登录功能的登录服务器程序,使用户可以在执行命令前具备简单的登录认证功能。
如下代码是一个简单的基于 Windows 的多线程服务器程序,通过 MySocket
类实现与客户端的基于 TCP 协议的通信,在交互模式下用户可输入多种命令,登录登出以及登陆后的命令执行功能。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
#include "MySocket.hpp"
using namespace std;
// 登录状态记录
typedef struct
{
char UserName[32];
int SocketID;
}loginPool;
// ------------------------------------------------------------------------
// 用户登录验证代码部分
std::vector<loginPool> login_pool_vect;
// 检查用户ID是否存在与容器内,如果存在则返回用户名
bool is_login(std::vector<loginPool> &ptr, int socket_id)
{
for (int x = 0; x < ptr.size(); x++)
{
if (ptr[x].SocketID == socket_id)
{
return true;
}
}
return false;
}
// 用户登录验证
bool login(char *username, char *password, int socket_id)
{
if ((strcmp(username, "lyshark") == 0) && (strcmp(password, "123123") == 0))
{
// 如果在则增加一个socket登录标志
loginPool pool_ptr;
pool_ptr.SocketID = socket_id;
strcpy(pool_ptr.UserName, "lyshark");
login_pool_vect.push_back(pool_ptr);
return true;
}
else if ((strcmp(username, "admin") == 0) && (strcmp(password, "123456") == 0))
{
// 如果在则增加一个socket登录标志
loginPool pool_ptr;
pool_ptr.SocketID = socket_id;
strcpy(pool_ptr.UserName, "lyshark");
login_pool_vect.push_back(pool_ptr);
return true;
}
return false;
}
// 根据传入ID从容器内弹出一个节点
bool logout(std::vector<loginPool> &ptr, int socket_id)
{
for (vector<loginPool>::iterator it = ptr.begin(); it != ptr.end(); it++)
{
if (it->SocketID == socket_id)
{
// 弹出指定结构体
ptr.erase(it);
return true;
}
}
return false;
}
// ------------------------------------------------------------------------
// 响应客户端的子线程(主要功能实现部分)
void ClientPro(void* ptr)
{
// 初始化
MySocket* pSock = (MySocket*)ptr;
MySocket server_socket = *pSock;
server_socket.Send((const char *)"Welcome to LyShark Mini Server", 31);
// 获取客户端信息
char sIp[20];
UINT nPort;
server_socket.GetPeerName(sIp, nPort);
while (true)
{
char szBuffer[4096] = { 0 };
int sid = pSock->GetSocketID();
int ref = server_socket.Receive(szBuffer, sizeof(szBuffer));
if (ref <= 0)
{
logout(login_pool_vect, sid);
std::cout << "客户: " << sIp << ":" << nPort << " [已断开]" << std::endl;
break;
}
std::cout << "地址: " << sIp << ":" << nPort << " 接收命令: " << szBuffer << std::endl;
// 用户登录
if (strcmp(szBuffer, "login\n") == 0)
{
char recv_username[32] = { 0 };
char recv_password[32] = { 0 };
// 接收用户名和密码
pSock->Receive(recv_username, 32, 0);
pSock->Receive(recv_password, 32, 0);
// 验证登录状态
bool login_flag = login(recv_username, recv_password, sid);
if (login_flag == TRUE)
{
std::cout << "用户: " << recv_username << " 已登录" << std::endl;
pSock->Send("已登录", sizeof("已登录"), 0);
}
else
{
pSock->Send("账号或密码错误", sizeof("账号或密码错误"), 0);
}
}
// 用户登出
else if (strcmp(szBuffer, "logout\n") == 0)
{
// 验证是否登录成功
int login_flag = is_login(login_pool_vect, sid);
if (login_flag == TRUE)
{
std::cout << "用户已登出" << std::endl;
logout(login_pool_vect, sid);
pSock->Send("用户已登出", sizeof("用户已登出"), 0);
}
else
{
std::cout << "请先登录" << std::endl;
pSock->Send("请先登录", sizeof("请先登录"), 0);
}
}
// 遍历本机文件
else if (strcmp(szBuffer, "list\n") == 0)
{
// 验证是否登录成功
int login_flag = is_login(login_pool_vect, sid);
if (login_flag == TRUE)
{
std::cout << "用户已登录,输出本机文件" << std::endl;
pSock->Send("认证通过", sizeof("认证通过"), 0);
// 循环输出数据包
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
char sz[1024] = { 0 };
sprintf(sz, "count -> %d", x);
pSock->Send(sz, sizeof(sz), 0);
}
}
else
{
std::cout << "请先登录" << std::endl;
pSock->Send("请先登录", sizeof("请先登录"), 0);
}
}
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
MySocket sock;
if (!sock.Create(8233, SOCK_STREAM, "127.0.0.1"))
{
return -1;
}
// 获取本机信息
char sSevIp[20];
UINT nSevPort;
sock.GetSockName(sSevIp, nSevPort);
std::cout << "服务端: " << sSevIp << ":" << nSevPort << " 服务器启动成功" << std::endl;
sock.Listen(5);
// 获取客户端信息
char sIp[20];
UINT nPort;
MySocket ptr;
while (true)
{
sock.Accept(ptr, sIp, &nPort);
std::cout << "客户: " << sIp << ":" << nPort << " [已登录]" << std::endl;
// 多线程
_beginthread(ClientPro, 0, &ptr);
}
return 0;
}
以下是对该代码的概括:
MySocket
类实现基于 TCP 协议的多线程服务器,可以处理多个客户端的连接。loginPool
):记录用户登录状态,包括用户名和套接字 ID。is_login
:检查指定套接字 ID 是否已登录。login
:验证用户名和密码,如果验证通过则将用户信息加入登录池。logout
:根据套接字 ID 从登录池中移除用户。ClientPro
:
main
:
Create
函数创建服务器套接字。Listen
函数监听客户端连接。_beginthread
创建子线程处理每个客户端的连接,实现了多客户端并发处理。如下代码是一个基于 Windows 的客户端程序,通过 MySocket
类实现与服务器的基于 TCP 协议的通信。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include
#include "MySocket.hpp"
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
MySocket sock;
if (!sock.Create(0, SOCK_STREAM))
{
return -1;
}
// 获取本机信息
char sClientIp[20];
UINT nClientPort;
sock.GetSockName(sClientIp, nClientPort);
if (!sock.Connection("127.0.0.1", 8233))
{
cout << "连接服务器失败" << GetLastError() << endl;
return -1;
}
char szBuffer[4096] = { 0 };
int ref = sock.Receive(szBuffer, sizeof(szBuffer));
szBuffer[ref] = 0;
std::cout << "服务端回应: " << szBuffer << std::endl;
while (true)
{
input:
memset(szBuffer, 0, 4096);
std::cout << "CMD > ";
// 发送命令
int inputLine = 0;
while ((szBuffer[inputLine++] = getchar()) != '\n');
if (strlen(szBuffer) == 1)
goto input;
// 执行登录
if (strcmp(szBuffer, "login\n") == 0)
{
// 发送命令
sock.Send(szBuffer, 4096, 0);
char input_username[32] = { 0 };
char input_password[32] = { 0 };
// 发送用户名
printf("用户名: ");
scanf("%s", &input_username);
sock.Send(input_username, 32, 0);
// 发送密码
printf("密码: ");
scanf("%s", &input_password);
sock.Send(input_password, 32, 0);
// 获取登录状态
char recv_message[64] = { 0 };
sock.Receive(recv_message, 64, 0);
std::cout << recv_message << std::endl;
}
// 登出用户
else if (strcmp(szBuffer, "logout\n") == 0)
{
// 发送命令
sock.Send(szBuffer, 4096, 0);
// 获取返回消息
char recv_message[64] = { 0 };
sock.Receive(recv_message, 64, 0);
std::cout << recv_message << std::endl;
}
// 遍历本机文件
else if (strcmp(szBuffer, "list\n") == 0)
{
// 发送命令
sock.Send(szBuffer, 4096, 0);
// 获取返回消息
char recv_message[64] = { 0 };
sock.Receive(recv_message, 64, 0);
std::cout << recv_message << std::endl;
if (strcmp(recv_message, "请先登录") == 0)
{
goto input;
}
// 循环接收数据包
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
char sz[1024] = { 0 };
sock.Receive(sz, 1024, 0);
std::cout << sz << std::endl;
}
}
}
sock.Close();
return 0;
}
以下是对该代码的概括:
MySocket
类实现基于 TCP 协议的客户端,可以与服务器进行通信。sock.Send
将命令发送给服务器,并通过 sock.Receive
接收服务器的回应。与之前的程序不同,这段代码增加了简单的用户认证模式,当用户直接执行命令时则会提示客户端请先登录,无法执行命令;
此时通过login
命令,并输入用户名lyshark
密码123123
则会提示已登录,此时就可以执行任意的命令参数了,如下图所示,当结束时还需要使用logout
退出当前会话;