WinSocket API封装

 MFC提供了两个类CAsyncSocket和CSocket来封装WinSock API，这给程序员提供了一个更简单的网络编程接口。

CAsyncSocket在较低层次上封装了WinSock API，缺省情况下，使用该类创建的socket是非阻塞的socket，所有操作都会立即返回，如果没有得到结果，返回WSAEWOULDBLOCK，表示是一个阻塞操作。

CSocket建立在CAsyncSocket的基础上，是CAsyncSocket的派生类。也就是缺省情况下使用该类创建的socket是非阻塞的socket，但是CSocket的网络I/O是阻塞的，它在完成任务之后才返回。CSocket的阻塞不是建立在“阻塞”socket的基础上，而是在“非阻塞”socket上实现的阻塞操作，在阻塞期间，CSocket实现了本线程的消息循环，因此，虽然是阻塞操作，但是并不影响消息循环，即用户仍然可以和程序交互。


CAsyncSocket

CAsyncSocket封装了低层的WinSock API，其成员变量m_hSocket保存其对应的socket句柄。使用CAsyncSocket的方法如下：

首先，在堆或者栈中构造一个CAsyncSocket对象，例如：

CAsyncSocket sock；或者

CAsyncSocket *pSock = new CAsyncSocket；

其次，调用Create创建socket，例如：

使用缺省参数创建一个面向连接的socket

sock.Create()

指定参数参数创建一个使用数据报的socket，本地端口为30

pSocket.Create(30, SOCK_DGRM)；

其三，如果是客户程序，使用Connect连接到远地；如果是服务程序，使用Listen监听远地的连接请求。

其四，使用成员函数进行网络I/O。

最后，销毁CAsyncSocket，析构函数调用Close成员函数关闭socket。


下面，分析CAsyncSocket的几个函数，从中可以看到它是如何封装低层的WinSock API，简化有关操作的；还可以看到它是如何实现非阻塞的socket和非阻塞操作。


socket对象的创建和捆绑

（1）Create函数

首先，讨论Create函数，分析socket句柄如何被创建并和CAsyncSocket对象关联。Create的实现如下：

BOOL CAsyncSocket::Create(UINT nSocketPort, int nSocketType,

long lEvent, LPCTSTR lpszSocketAddress)

{

if (Socket(nSocketType, lEvent))

{

if (Bind(nSocketPort,lpszSocketAddress))

return TRUE;

int nResult = GetLastError();

Close();

WSASetLastError(nResult);

}

return FALSE;

}

其中：

参数1表示本socket的端口，缺省是0，如果要创建数据报的socket，则必须指定一个端口号。

参数2表示本socket的类型，缺省是SOCK_STREAM，表示面向连接类型。

参数3是屏蔽位，表示希望对本socket监测的事件，缺省是FD_READ | FD_WRITE | FD_OOB | FD_ACCEPT | FD_CONNECT | FD_CLOSE。

参数4表示本socket的IP地址字符串，缺省是NULL。

Create调用Socket函数创建一个socket，并把它捆绑在this所指对象上，监测指定的网络事件。参数2和3被传递给Socket函数，如果希望创建数据报的socket，不要使用缺省参数，指定参数2是SOCK_DGRM。

如果上一步骤成功，则调用bind给新的socket分配端口和IP地址。

（2）Socket函数

接着，分析Socket函数，其实现如下：

BOOL CAsyncSocket::Socket(int nSocketType, long lEvent,

int nProtocolType, int nAddressFormat)

{

ASSERT(m_hSocket == INVALID_SOCKET);


m_hSocket = socket(nAddressFormat,nSocketType,nProtocolType);

if (m_hSocket != INVALID_SOCKET)

{

CAsyncSocket::AttachHandle(m_hSocket, this, FALSE);

return AsyncSelect(lEvent);

}

return FALSE;

}

其中：

参数1表示Socket类型，缺省值是SOCK_STREAM。

参数2表示希望监测的网络事件，缺省值同Create，指定了全部事件。

参数3表示使用的协议，缺省是0。实际上，SOCK_STREAM类型的socket使用TCP协议，SOCK_DGRM的socket则使用UDP协议。

参数4表示地址族（地址格式），缺省值是PF_INET（等同于AF_INET）。对于TCP/IP来说，协议族和地址族是同值的。

在socket没有被创建之前，成员变量m_hSocket是一个无效的socket句柄。Socket函数把协议族、socket类型、使用的协议等信息传递给WinSock API函数socket，创建一个socket。如果创建成功，则把它捆绑在this所指对象。

（3）捆绑（Attatch）

捆绑过程类似于其他Windows对象，将在模块线程状态的WinSock映射中添加一对新的映射：this所指对象和新创建的socket对象的映射。

另外，如果本模块线程状态的“socket窗口”没有创建，则创建一个，该窗口在异步操作时用来接收WinSock的通知消息，窗口句柄保存到模块线程状态的m_hSocketWindow变量中。函数AsyncSelect将指定该窗口为网络事件消息的接收窗口。

函数AttachHandle的实现在此不列举了。

（4）指定要监测的网络事件

在捆绑完成之后，调用AsyncSelect指定新创建的socket将监测的网络事件。AsyncSelect实现如下：

BOOL CAsyncSocket::AsyncSelect(long lEvent)

{

ASSERT(m_hSocket != INVALID_SOCKET);


_AFX_SOCK_THREAD_STATE* pState = _afxSockThreadState;

ASSERT(pState->m_hSocketWindow != NULL);


return WSAAsyncSelect(m_hSocket, pState->m_hSocketWindow,

WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent) != SOCKET_ERROR;

}

函数参数lEvent表示希望监视的网络事件。

_ afxSockThreadState得到的是当前的模块线程状态，m_ hSocketWindow是本模块在当前线程的“socket窗口”，指定监视m_hSocket的网络事件，如指定事件发生，给窗口m_hSocketWindow发送WM_SOCKET_NOTIFY消息。

被指定的网络事件对应的网络I/O将是异步操作，是非阻塞操作。例如：指定FR_READ导致Receive是一个异步操作，如果不能立即读到数据，则返回一个错误WSAEWOULDBLOCK。在数据到达之后，WinSock通知窗口m_hSocketWindow，导致OnReceive被调用。

指定FR_WRITE导致Send是一个异步操作，即使数据没有送出也返回一个错误WSAEWOULDBLOCK。在数据可以发送之后，WinSock通知窗口m_hSocketWindow，导致OnSend被调用。

指定FR_CONNECT导致Connect是一个异步操作，还没有连接上就返回错误信息WSAEWOULDBLOCK，在连接完成之后，WinSock通知窗口m_hSocketWindow，导致OnConnect被调用。

对于其他网络事件，就不一一解释了。

所以，使用CAsyncSocket时，如果使用Create缺省创建socket，则所有网络I/O都是异步操作，进行有关网络I/O时则必须覆盖以下的相关函数：

OnAccept、OnClose、OnConnect、OnOutOfBandData、OnReceive、OnSend。

（5）Bind函数

经过上述过程，socket创建完毕，下面，调用Bind函数给m_hSocket指定本地端口和IP地址。Bind的实现如下：

BOOL CAsyncSocket::Bind(UINT nSocketPort, LPCTSTR lpszSocketAddress)

{

USES_CONVERSION;


//使用WinSock的地址结构构造地址信息

SOCKADDR_IN sockAddr;

memset(&sockAddr,0,sizeof(sockAddr));


//得到地址参数的值

LPSTR lpszAscii = T2A((LPTSTR)lpszSocketAddress);

//指定是Internet地址类型

sockAddr.sin_family = AF_INET;


if (lpszAscii == NULL)

//没有指定地址，则自动得到一个本地IP地址

//把32比特的数据从主机字节序转换成网络字节序

sockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

else

{

//得到地址

DWORD lResult = inet_addr(lpszAscii);

if (lResult == INADDR_NONE)

{

WSASetLastError(WSAEINVAL);

return FALSE;

}

sockAddr.sin_addr.s_addr = lResult;

}


//如果端口为0，则WinSock分配一个端口（1024—5000）

//把16比特的数据从主机字节序转换成网络字节序

sockAddr.sin_port = htons((u_short)nSocketPort);


//Bind调用WinSock API函数bind

return Bind((SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(sockAddr));

}

其中：函数参数1指定了端口；参数2指定了一个包含本地地址的字符串，缺省是NULL。

函数Bind首先使用结构SOCKADDR_IN构造地址信息。该结构的域sin_family表示地址格式（TCP/IP同协议族），赋值为AF_INET（Internet地址格式）；域sin_port表示端口，如果参数1为0，则WinSock分配一个端口给它，范围在1024和5000之间；域sin_addr是表示地址信息，它是一个联合体，其中s_addr表示如下形式的字符串，“28.56.22.8”。如果参数没有指定地址，则WinSock自动地得到本地IP地址（如果有几个网卡，则使用其中一个的地址）。

（6）总结Create的过程

首先，调用socket函数创建一个socket；然后把创建的socket对象映射到CAsyncSocket对象（捆绑在一起），指定本socket要通知的网络事件，并创建一个“socket窗口”来接收网络事件消息，最后，指定socket的本地信息。

下一步，是使用成员函数Connect连接远地主机，配置socket的远地信息。函数Connect类似于Bind，把指定的远地地址转换成SOCKADDR_IN对象表示的地址信息（包括网络字节序的转换），然后调用WinSock函数Connect连接远地主机，配置socket的远地端口和远地IP地址。