c++ 实时通信系统(c++socket篇)

　　在上一篇简单的介绍了TCP/IP协议，在这一篇我们主要介绍socket的具体实现的函数

第一步首先我们套添加上头文件：（#pragma comment(lib, "WS2_32")这是静态的加入库文件，这里面有API函数的内容）

#include <winsock2.h>
#include<ws2tcpip.h>//定义socklen_t

using namespace std;

#pragma comment(lib, "WS2_32")  // 链接到WS2_32.lib

第二步初始化套接字环境，（为了在应用程序当中调用任何一个Winsock API函数，首先第一件事情就是必须通过WSAStartup函数完成对Winsock服务的初始化，因此需要调用WSAStartup函数。使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数。该函数的第一个参数指明程序请求使用的Socket版本，）

	int   Ret;
	WSADATA   wsaData;                        // 用于初始化套接字环境
	// 初始化WinSock环境
	if ((Ret = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)) != 0)
		{
		   printf("WSAStartup()   failed   with   error   %d\n", Ret);
		   WSACleanup();

		}

第三步接下来就是socket的API函数的按顺序调用就是上一篇中的socket架构，接下来介绍一下API函数

　1.socket

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

SOCKET s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    if (s == INVALID_SOCKET)
    {
        int er = WSAGetLastError();
        return 0;
    }

　　

　　socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样.

　　创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

• domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET(其实就是IPV4)、AF_INET6（IPV6）、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
• type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM（流套接字，使用TCP协议）、SOCK_DGRAM（数据报套接字，使用UDP协议）、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。我们创建的套接字都是主动的，阻塞的套接字。

　　如果不出错，socket函数将返回socket的描述符（句柄，一般都是大于零的），否则，将返回INVALID_SOCKET。

　　2.bind

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

sockaddr_in service;
  service.sin_family = AF_INET;
  service.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  service.sin_port = htons(27015);

  //----------------------
  // Bind the socket.
  if (bind( ListenSocket, (SOCKADDR*) &service,sizeof(service)) == SOCKET_ERROR) {
    closesocket(ListenSocket);
    return;
  }

　　

　　正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

　　函数的三个参数分别为：

• sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
• addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是： 

  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 */
  };
  
  /* Internet address. */
  struct in_addr {
      uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
  };
  //ipv6对应的是：
  struct sockaddr_in6 {
      sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */
      in_port_t       sin6_port;     /* port number */
      uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
      struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
      uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
  };
  
  struct in6_addr {
      unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
  };
  //Unix域对应的是：
  #define UNIX_PATH_MAX    108
  
  struct sockaddr_un {
      sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */
      char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */
  };

• addrlen：对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

　　无错误返回0，又错误返回SOCKET_ERROR(-1),我们可以调用WSAGetLastError来看具体的错误。

htons（host to unsigned short）和htonl（host to unsigned long）

各个机器cpu对数据存储和表示的方法不通，intel机器用littele-endian存数据，而IBM机器用big-endian存数据。网络协议为取消这种差异，一致采用big-endian方式。htons用于将unsigned short的数值从littele-endian转换为big-endian，由于short只有2字节，常用语port数值的转换。htons用于将unsigned long的数值从littele-endian转换为big-endian，long有4字节，常用于ipv4地址的转换。

1 u_short htons( __in     u_short hostshort);
2 u_long htonl(__in      u_long hostlong);

inet_addr和inet_ntoa

inet_addr用于将ipv4格式的字符串转换为unsigned long的数值。inet_ntoa用于将struct in_addr的地址转换为ipv4格式的字符串。

1 unsigned long inet_addr(  __in    const char* cp);
2 char* FAR inet_ntoa(  __in     struct   in_addr in);

　　3.listen

　　int listen(int sockfd, int backlog);

if (listen(s,SOMAXCONN ) == SOCKET_ERROR)
   {
          int er = WSAGetLastError();
          closesocket(s);
      }

　　listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

　　没有错误发生将返回0，否则返回SOCKET_ERROR .

      4.connect

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

sockaddr_in server;
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(8828);
        server.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        if (connect(cnetsocket,(sockaddr*)&server,sizeof(server)) == SOCKET_ERROR)
        {
            break;
        }

　　connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

　　0表示正确，否则，将返回SOCKET_ERROR。如果是阻塞式的socket连接，返回值代表了连接正常与失败。

　　5.accept

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

SOCKET ac =accept(listener, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addrLength);
    if (ac == INVALID_SOCKET)
    {
        int er = WSAGetLastError();
        closesocket(s);
    }

　　

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

如果不发生错误，accept将返回一个新的SOCKET描述符，即新建连接的socket句柄。否则，将返回INVALID_SOCKET。传进去的addrlen应该是参数addr的长度，返回的addrlen是实际长度

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

　　6.send,recv

　　ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

　　ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

　　send的返回值标识已发送数据的长度，这个值可能比参数len小，这也意味着数据缓冲区没有全部发出去，要进行后续处理。返回SOCKET_ERROR标识send出错。

　　recv的返回值标识已接收数据的长度。如果连接已关闭，返回值将是0。返回SOCKET_ERROR标识recv出错。

　　9.closesocket

　　closesocket( __in SOCKET );//关闭socket

　　

　　10 ：getsockname  获取本地IP和PORT

　　Description：The getsockname function retrieves the local name for a socket.

1 int getsockname(
2   __in          SOCKET s,
3   __out         struct sockaddr* name,
4   __in_out      int* namelen
5 );

　　Parameters

　　s

Descriptor identifying a socket.

　　name

Pointer to a SOCKADDR structure that receives the address (name) of the socket.

　　namelen

Size of the name buffer, in bytes.

　　Return Value

　　If no error occurs, getsockname returns zero. Otherwise, a value of SOCKET_ERROR is returned, and a specific error code can be retrieved by calling WSAGetLastError.

　　11 ：getpeername  获取对端IP和PORT

1 int getpeername(
2   __in          SOCKET s,
3   __out         struct sockaddr* name,
4   __in_out      int* namelen
5 );

　　Getpeername和getsockname参数一样。

　　12.实现socket的非阻塞（在下一篇有他的用法）

　　nt ioctlsocket (SOCKET s,         long cmd,         u_long FAR* argp  );

unsigned long flag=1;
if (ioctlsocket(sock,FIONBIO,&flag)!=0)
{
    closesocket(sock);
    return false;
}

以下是对ioctlsocket函数的相关解释：
int PASCAL FAR ioctlsocket( SOCKET s, long cmd, u_long FAR* argp);
s：一个标识套接口的描述字。
cmd：对套接口s的操作命令。
argp：指向cmd命令所带参数的指针。

　　具体的操作可以看https://blog.csdn.net/susubuhui/article/details/7568431