C++ Socket实现TCP与UDP

时间:2022-05-23 cpp_learners 人气:0

前言

socket编程分为TCP和UDP两个模块，其中TCP是可靠的、安全的，常用于发送文件等，而UDP是不可靠的、不安全的，常用作视频通话等。

如下图：

在这里插入图片描述

头文件与库：

#include <WinSock2.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

准备工作：

创建工程后，首先右键工程，选择属性

在这里插入图片描述

然后选择 C/C++ - 预处理器 - 预处理器定义

在这里插入图片描述

将字符串 _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS 添加到里面去，点击应用即可！

TCP

连接过程图：

在这里插入图片描述

创建tcp服务器和客户端都是按照上图的步骤来操作的！

1). 服务器

初始化套接字库
对应图中socket()

WORD wVersion;
WSADATA wsaData;
int err;

// 设置版本，可以理解为1.1
wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

// 启动
err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);

创建tcp套接字
对应图中socket()

// AF_INET:ipv4   AF_INET6:ipv6
SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

绑定到本机
对应图中bind()

// 准备绑定信息
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);	// 设置绑定网卡
addrSrv.sin_family = AF_INET;		// 设置绑定网络模式
addrSrv.sin_port = htons(6000);		// 设置绑定端口
// hton: host to network  x86:小端    网络传输：htons大端

// 绑定到本机
int retVal = bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

监听
对应图中listen()

// 同时能接收10个链接，主要看参数二的设置个数
listen(sockSrv, 10);

接收连接请求，返回针对客户端的套接字
对应图中accept()

SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);

发送数据
对应图中write()

sprintf_s(sendBuf, "hello client!\n");
int iSend = send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);

接收数据
对应图中read()

recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);

关闭套接字
对应图中close()

closesocket(sockConn);

清理套接字库

WSACleanup();

具体实现代码：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <WinSock2.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")


int main(void) {

	// 1.初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	// 设置版本，可以理解为1.1
	wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

	// 启动
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}
	// 检查：网络低位不等于1 || 网络高位不等于1
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		// 清理套接字库
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 2.创建tcp套接字		// AF_INET:ipv4   AF_INET6:ipv6
	SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	// 准备绑定信息
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);	// 设置绑定网卡
	addrSrv.sin_family = AF_INET;		// 设置绑定网络模式
	addrSrv.sin_port = htons(6000);		// 设置绑定端口
	// hton: host to network  x86:小端    网络传输：htons大端

	// 3.绑定到本机
	int retVal = bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));
	if (retVal == SOCKET_ERROR) {
		printf("Failed bind:%d\n", WSAGetLastError());
		return -1;
	}

	// 4.监听，同时能接收10个链接
	if (listen(sockSrv, 10) == SOCKET_ERROR) {
		printf("Listen failed:%d", WSAGetLastError());
		return -1;
	}

	std::cout << "Server start at port: 6000" << std::endl;

	SOCKADDR_IN addrCli;
	int len = sizeof(SOCKADDR);

	char recvBuf[100];
	char sendBuf[100];
	while (1) {
		// 5.接收连接请求，返回针对客户端的套接字
		SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);
		if (sockConn == SOCKET_ERROR) {
			//printf("Accept failed:%d", WSAGetLastError());
			std::cout << "Accept failed: " << WSAGetLastError() << std::endl;
			break;
		}

		//printf("Accept client IP:[%s]\n", inet_ntoa(addrCli.sin_addr));
		std::cout << "Accept client IP: " << inet_ntoa(addrCli.sin_addr) << std::endl;

		// 6.发送数据
		sprintf_s(sendBuf, "hello client!\n");
		int iSend = send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);
		if (iSend == SOCKET_ERROR) {
			std::cout << "send failed!\n";
			break;
		}

		// 7.接收数据
		recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);
		std::cout << recvBuf << std::endl;

		// 关闭套接字
		closesocket(sockConn);
	}


	// 8.关闭套接字
	closesocket(sockSrv);

	// 9.清理套接字库
	WSACleanup();

	return 0;
}

2). 客户端

初始化套接字库
对应图中socket()

WORD wVersion;
WSADATA wsaData;
int err;

// 可以理解为1.1
wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

// 启动
err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);

// 创建TCP套接字
SOCKET sockCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

连接服务器
对应图中connect()

// 连接服务器
int err_log = connect(sockCli, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

发送数据到服务器
对应图中write()

char sendBuf[] = "你好，服务器，我是客户端！";
send(sockCli, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);

接收服务器的数据
对应图中read()

char recvBuf[100];
recv(sockCli, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);

关闭套接字并清除套接字库
对应图中close()

closesocket(sockCli);
WSACleanup();

具体实现代码：

#include <iostream>
#include <WinSock2.h>


#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")


int main(void) {

	// 1.初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	// 可以理解为1.1
	wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

	// 启动
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}
	// 检查：网络地位不等于1 || 网络高位不等于1
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		// 清理套接字库
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 创建TCP套接字
	SOCKET sockCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");	// 服务器地址
	addrSrv.sin_port = htons(6000);		// 端口号
	addrSrv.sin_family = AF_INET;		// 地址类型(ipv4)

	// 2.连接服务器
	int err_log = connect(sockCli, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));
	if (err_log == 0) {
		printf("连接服务器成功！\n");
	
	} else {
		printf("连接服务器失败！\n");
		return -1;
	}


	char recvBuf[100];
	char sendBuf[] = "你好，服务器，我是客户端！";
	// 3.发送数据到服务器
	send(sockCli, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);

	// 4.接收服务器的数据
	recv(sockCli, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
	std::cout << recvBuf << std::endl;


	// 5.关闭套接字并清除套接字库
	closesocket(sockCli);
	WSACleanup();

	system("pause");

	return 0;
}

运行效果：

在这里插入图片描述

3). TCP聊天小项目

下面是根据上面的代码修改的一个聊天小项目(使用到了多线程)

只有一个服务器，服务器一直开启等待客户端连接；
客户都安可以开启多个，且可以一直连续的与服务器进行发送接收消息；
服务器给客户端发送数据，得通过1 - 9来区分到底给那个客户端发送消息，例如给第二个客户端发送消息：2你好，客户端
客户端那边接收到的数据是：你好，客户端

服务器代码：

#include <iostream>
#include <WinSock2.h>
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <process.h>
#include <vector>
#include <conio.h>
#include <string.h>
#include <string>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")


SOCKET sockSrv;
std::vector<SOCKET> vec_sockConn;
std::vector<SOCKADDR_IN> vec_sockaddr_in;
std::vector<int> vec_sockIndex;


// 这个结构体用作线程参数
typedef struct SERVER_CLIENT {
	SOCKET server;
	SOCKADDR_IN client;
	int clientIndex;
}SC;



// 判断有没有断开连接
bool IsSocketClosed(SOCKET clientSocket) {
	bool ret = false;
	HANDLE closeEvent = WSACreateEvent();
	WSAEventSelect(clientSocket, closeEvent, FD_CLOSE);

	DWORD dwRet = WaitForSingleObject(closeEvent, 0);

	if (dwRet == WSA_WAIT_EVENT_0)
		ret = true;
	else if (dwRet == WSA_WAIT_TIMEOUT)
		ret = false;

	WSACloseEvent(closeEvent);
	return ret;
}


// 接收请求
unsigned int WINAPI  ThreadAccept(LPVOID p) {
	static int i = 0;
	while (1) {
		SOCKADDR_IN addrCli;
		int len = sizeof(SOCKADDR);

		// 5.接收连接请求，返回针对客户端的套接字
		SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);
		if (sockConn == SOCKET_ERROR) {
			printf("Accept failed:%d", WSAGetLastError());
		}

		// 存储当前服务器与客户端 连接绑定的socket
		vec_sockIndex.emplace_back(i++);
		vec_sockaddr_in.emplace_back(addrCli);
		vec_sockConn.emplace_back(sockConn);

		printf("\033[0;%d;40m客户端[%d]上线\033[0m\n", 31, i);
	}
	

	return 0;
}

unsigned int WINAPI  _ThreadRecv(LPVOID p) {
	char recvBuf[100];
	memset(recvBuf, 0, 100);

	SC _sc = *(SC *)p;
	
	while (1) {
		Sleep(20);

		if (IsSocketClosed(_sc.server) == true) {
			printf("客户端 [%d] 断开连接！\n", _sc.clientIndex + 1);
			break;
		}


		// 接收数据
		recv(_sc.server, recvBuf, 100, 0);
		if (strlen(recvBuf) == 0) {
			continue;
		}
	
		printf("接收到客户端 [%d] 的消息：%s\n", _sc.clientIndex + 1, recvBuf);
		memset(recvBuf, 0, 100);
	}
	return 0;
}

unsigned int WINAPI  ThreadRecv(LPVOID p) {

	static int index = 0;

	while (1) {
		// 还没有客户端与服务器进行连接
		if (vec_sockConn.size() == 0) {
			continue;
		}

		// 接收线程已经开启和客户端个数相等
		if (vec_sockConn.size()  == index) {
			continue;
		}

		SC sc;
		sc.server = vec_sockConn.at(index);
		sc.client = vec_sockaddr_in.at(index);
		sc.clientIndex = vec_sockIndex.at(index);

		HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, _ThreadRecv, (void *)&sc, 0, NULL);

		index++;
		Sleep(20);
	}

	return 0;
}



int main(void) {

	// 1.初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	// 设置版本，可以理解为1.1
	wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

	// 启动
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}
	// 检查：网络低位不等于1 || 网络高位不等于1
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		// 清理套接字库
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 2.创建tcp套接字		// AF_INET:ipv4   AF_INET6:ipv6
	sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	// 准备绑定信息
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);	// 设置绑定网卡
	addrSrv.sin_family = AF_INET;		// 设置绑定网络模式
	addrSrv.sin_port = htons(6000);		// 设置绑定端口
	// hton: host to network  x86:小端    网络传输：htons大端

	// 3.绑定到本机
	int retVal = bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));
	if (retVal == SOCKET_ERROR) {
		printf("Failed bind:%d\n", WSAGetLastError());
		return -1;
	}

	// 4.监听，同时接收10个链接
	if (listen(sockSrv, 10) == SOCKET_ERROR) {
		printf("Listen failed:%d", WSAGetLastError());
		return -1;
	}

	std::cout << "Server start at port: 6000" << std::endl;


	// 线程句柄				// 创建线程
	HANDLE hThread_1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadAccept, NULL, 0, NULL);
	HANDLE hThread_2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadRecv, NULL, 0, NULL);


	//uiInit();
	//editPrint(0, ">");


	char sendBuf[100];
	while (1) {

		//printf("请输入发送内容：");

		char c = getchar();				// 输入发送给谁
		scanf_s("%s", sendBuf, 100);	// 输入发送的内容

		if (strlen(sendBuf) == 0) {
			printf("输入内容为空或者超长！\n");
		}

		// 1 至 9
		if (c < '1' || c > '9' || vec_sockConn.size() == 0 || c - '0' >= vec_sockConn.size() + 1) {
			while ((c = getchar()) != '\n');	// 清空输入缓冲区
			memset(sendBuf, 0, 100);
			printf("输入内容不符合规则！\n");
			continue;
		}



		// 发送数据
		int index = --c - '0';	// 因为下标是从零开始的，所以c要先自减
		int iSend = send(vec_sockConn.at(index) , sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);
		if (iSend == SOCKET_ERROR) {
			std::cout << "send failed!\n";
			break;
		}


		memset(sendBuf, 0, 100);
		while ((c = getchar()) != '\n');	// 清空输入缓冲区
	}

	// 关闭套接字
	std::vector<SOCKET>::iterator it = vec_sockConn.begin();
	for (; it != vec_sockConn.end(); it++) {
		closesocket((SOCKET)(*it));
	}


	WaitForSingleObject(hThread_1, INFINITE);
	WaitForSingleObject(hThread_2, INFINITE);

	CloseHandle(hThread_1);
	CloseHandle(hThread_2);

	// 7.关闭套接字
	closesocket(sockSrv);

	// 8.清理套接字库
	WSACleanup();

	return 0;
}

客户端：

#include <iostream>
#include <WinSock2.h>
#include <process.h>
#include <stdio.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

SOCKET sockCli;


// 判断有没有断开连接
bool IsSocketClosed(SOCKET clientSocket) {
	bool ret = false;
	HANDLE closeEvent = WSACreateEvent();
	WSAEventSelect(clientSocket, closeEvent, FD_CLOSE);

	DWORD dwRet = WaitForSingleObject(closeEvent, 0);

	if (dwRet == WSA_WAIT_EVENT_0)
		ret = true;
	else if (dwRet == WSA_WAIT_TIMEOUT)
		ret = false;

	WSACloseEvent(closeEvent);
	return ret;
}


unsigned int WINAPI  ThreadRecv(LPVOID p) {
	char recvBuf[100];
	memset(recvBuf, 0, 100);

	while (1) {
		Sleep(20);

		if (IsSocketClosed(sockCli) == true) {
			printf("服务器 断开连接！\n");
			break;
		}

		// 接收服务器的数据
		recv(sockCli, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
		if (strlen(recvBuf) == 0) continue;

		std::cout << recvBuf << std::endl;
		memset(recvBuf, 0, 100);
	}


	return 0;
}

int main(void) {

	// 1.初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	// 可以理解为1.1
	wVersion = MAKEWORD(1, 1);	// 例：MAKEWORD(a, b) --> b | a << 8 将a左移8位变成高位与b合并起来

	// 启动
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}
	// 检查：网络地位不等于1 || 网络高位不等于1
	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		// 清理套接字库
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 创建TCP套接字
	sockCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");	// 服务器地址
	addrSrv.sin_port = htons(6000);		// 端口号
	addrSrv.sin_family = AF_INET;		// 地址类型(ipv4)

	// 连接服务器
	int err_log = connect(sockCli, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));
	if (err_log == 0) {
		printf("连接服务器成功！\n");

	} else {
		printf("连接服务器失败！\n");
		return -1;
	}

	// 线程句柄				// 创建线程
	HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadRecv, NULL, 0, NULL);


	char sendBuf[100];
	while (1) {

		//printf("请输入发送内容：");
		scanf_s("%s", sendBuf, 100);

		// 发送数据到服务器
		send(sockCli, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);

		memset(sendBuf, 0, 100);
		char c;
		while ((c = getchar()) != '\n');
	}


	WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
	CloseHandle(hThread);


	// 关闭套接字并清除套接字库
	closesocket(sockCli);
	WSACleanup();

	system("pause");

	return 0;
}

运行效果：

在这里插入图片描述

UDP

UDP就比较简单了，步骤比tcp要少一些。

连接过程图：

在这里插入图片描述

1). 服务器

初始化套接字库

WORD wVersion;
WSADATA wsaData;
int err;

wVersion = MAKEWORD(1, 1);

创建套接字

SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

绑定

// SOCKADDR_IN addrSrv; 省略了定义和赋值
bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

接收数据

char recvBuf[100];
recvfrom(sockSrv, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);

发送数据

char sendBuf[] = "hello Client，I'm Server！\n";
sendto(sockSrv, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, len);

关闭

closesocket(sockSrv);
WSACleanup();

具体实现代码：

#include <WinSock2.h>
#include <iostream>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

int main(void) {
	// 初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersion = MAKEWORD(1, 1);
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 创建套接字
	SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
	addrSrv.sin_family = AF_INET;
	addrSrv.sin_port = htons(6001);

	// 绑定到本机6001端口
	bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

	// 接收请求，处理请求
	SOCKADDR_IN addrCli;
	int len = sizeof(SOCKADDR);

	char sendBuf[] = "hello Client，I'm Server！\n";
	char recvBuf[100];

	std::cout << "start UDP server with port 6001" << std::endl;
	while (1) {
		// 接收数据
		recvfrom(sockSrv, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);
		std::cout << "Recv:" << recvBuf << std::endl;

		// 发送数据
		sendto(sockSrv, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, len);
		std::cout << "Send:" << sendBuf << std::endl;
	}

	closesocket(sockSrv);
	WSACleanup();

	return 0;
}

2). 客户端

初始化套接字库

WORD wVersion;
WSADATA wsaData;
int err;

wVersion = MAKEWORD(1, 1);

创建UDP套接字

SOCKET sockCli = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
SOCKADDR_IN addrSrv;

接收数据

char recvBuf[100];
recvfrom(sockCli, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);

发送数据

char sendBuf[] = "hello Client，I'm Server！\n";
sendto(sockCli, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (SOCKADDR *)&addrSrv, len);

关闭

closesocket(sockSrv);
WSACleanup();

具体实现代码：

#include <WinSock2.h>
#include <iostream>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")


int main(void) {

	// 初始化套接字库
	WORD wVersion;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersion = MAKEWORD(1, 1);
	err = WSAStartup(wVersion, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return err;
	}

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 1 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 1) {
		WSACleanup();
		return -1;
	}

	// 创建UDP套接字
	SOCKET sockCli = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	addrSrv.sin_family = AF_INET;
	addrSrv.sin_port = htons(6001);

	SOCKADDR_IN addrCli;
	int len = sizeof(SOCKADDR);

	char sendBuf[] = "hello, I'm Client!\n";
	char recvBuf[100];

	std::cout << "send to Server: " << sendBuf << std::endl;
	sendto(sockCli, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (SOCKADDR *)&addrSrv, len);

	recvfrom(sockCli, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR *)&addrCli, &len);
	std::cout << "recv from: " << recvBuf << std::endl;


	closesocket(sockCli);
	WSACleanup();

	system("pause");
	return 0;
}

运行效果：

在这里插入图片描述

总结

socket的具体细节用法我不太清楚，现阶段也只是熟悉TCP的一些简单操作，UDP的话也还不是太懂，不懂的是不知道在具体项目中该如何进行使用它们。
那个TCP的小项目也只是自己琢磨搞出来的，不知掉具体项目会不会这样去写！

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