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Winsock開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信程序的經(jīng)典基礎(chǔ)

[摘要]對(duì)于許多初學(xué)者來(lái)說(shuō),網(wǎng)絡(luò)通信程序的開(kāi)發(fā),普遍的一個(gè)現(xiàn)象就是覺(jué)得難以入手。許多概念,諸如:同步(Sync)/異步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)等,初學(xué)者往往迷惑不清,只知...
對(duì)于許多初學(xué)者來(lái)說(shuō),網(wǎng)絡(luò)通信程序的開(kāi)發(fā),普遍的一個(gè)現(xiàn)象就是覺(jué)得難以入手。許多概念,諸如:同步(Sync)/異步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)等,初學(xué)者往往迷惑不清,只知其所以而不知起所以然。
       同步方式指的是發(fā)送方不等接收方響應(yīng),便接著發(fā)下個(gè)數(shù)據(jù)包的通信方式;而異步指發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)后,等收到接收方發(fā)回的響應(yīng),才發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)包的通信方式。
      阻塞套接字是指執(zhí)行此套接字的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用時(shí),直到成功才返回,否則一直阻塞在此網(wǎng)絡(luò)調(diào)用上,比如調(diào)用recv()函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù),如果沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá),將一直掛在recv()這個(gè)函數(shù)調(diào)用上,直到讀到一些數(shù)據(jù),此函數(shù)調(diào)用才返回;而非阻塞套接字是指執(zhí)行此套接字的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用時(shí),不管是否執(zhí)行成功,都立即返回。比如調(diào)用recv()函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù),不管是否讀到數(shù)據(jù)都立即返回,而不會(huì)一直掛在此函數(shù)調(diào)用上。在實(shí)際Windows網(wǎng)絡(luò)通信軟件開(kāi)發(fā)中,異步非阻塞套接字是用的最多的。平常所說(shuō)的C/S(客戶(hù)端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)的軟件就是異步非阻塞模式的。
       對(duì)于這些概念,初學(xué)者的理解也許只能似是而非,我將用一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明異步非阻塞Socket的基本原理和工作機(jī)制。目的是讓初學(xué)者不僅對(duì)Socket異步非阻塞的概念有個(gè)非常透徹的理解,而且也給他們提供一個(gè)用Socket開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的快速入門(mén)方法。操作系統(tǒng)是Windows 98(或NT4.0),開(kāi)發(fā)工具是Visual C++6.0。
       MFC提供了一個(gè)異步類(lèi)CAsyncSocket,它封裝了異步、非阻塞Socket的基本功能,用它做常用的網(wǎng)絡(luò)通信軟件很方便。但它屏蔽了Socket的異步、非阻塞等概念,開(kāi)發(fā)人員無(wú)需了解異步、非阻塞Socket的原理和工作機(jī)制。因此,建議初學(xué)者學(xué)習(xí)編網(wǎng)絡(luò)通信程序時(shí),暫且不要用MFC提供的類(lèi),而先用Winsock2  API,這樣有助于對(duì)異步、非阻塞Socket編程機(jī)制的理解。
       為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),服務(wù)器端和客戶(hù)端的應(yīng)用程序均是基于MFC的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話(huà)框,網(wǎng)絡(luò)通信部分基于Winsock2 API實(shí)現(xiàn)。
       先做服務(wù)器端應(yīng)用程序。
       用MFC向?qū)ё鲆粋(gè)基于對(duì)話(huà)框的應(yīng)用程序SocketSever,注意第三步中不要選上Windwos Sockets選項(xiàng)。在做好工程后,創(chuàng)建一個(gè)SeverSock,將它設(shè)置為異步非阻塞模式,并為它注冊(cè)各種網(wǎng)絡(luò)異步事件,然后與自定義的網(wǎng)絡(luò)異步事件聯(lián)系上,最后還要將它設(shè)置為監(jiān)聽(tīng)模式。在自定義的網(wǎng)絡(luò)異步事件的回調(diào)函數(shù)中,你可以得到各種網(wǎng)絡(luò)異步事件,根據(jù)它們的類(lèi)型,做不同的處理。下面將詳細(xì)介紹如何編寫(xiě)相關(guān)代碼。
       在SocketSeverDlg.h文件的類(lèi)定義之前增加如下定義:
      #define  NETWORK_EVENT  WM_USER+166  file://定義網(wǎng)絡(luò)事件
     
       SOCKET ServerSock; file://服務(wù)器端Socket
      在類(lèi)定義中增加如下定義:
      class CSocketSeverDlg : CDialog
     {
                 …
      public:
         SOCKET ClientSock[CLNT_MAX_NUM]; file://存儲(chǔ)與客戶(hù)端通信的Socket的數(shù)組

         /*各種網(wǎng)絡(luò)異步事件的處理函數(shù)*/
       void OnClose(SOCKET CurSock);   file://對(duì)端Socket斷開(kāi)
        void OnSend(SOCKET CurSock);   file://發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包
       void OnReceive(SOCKET CurSock); file://網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包到達(dá)
       void OnAccept(SOCKET CurSock);  file://客戶(hù)端連接請(qǐng)求

        BOOL InitNetwork();  file://初始化網(wǎng)絡(luò)函數(shù)
         void OnNetEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam); file://異步事件回調(diào)函數(shù)
                …
     };
         
      在SocketSeverDlg.cpp文件中增加消息映射,其中OnNetEvent是異步事件回調(diào)函數(shù)名:
               ON_MESSAGE(NETWORK_EVENT,OnNetEvent)
      定義初始化網(wǎng)絡(luò)函數(shù),在SocketSeverDlg.cpp文件的OnInitDialog()中調(diào)此函數(shù)即可。
      BOOL CSocketSeverDlg::InitNetwork()
      {
           WSADATA wsaData;

          file://初始化TCP協(xié)議
          BOOL ret = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
         if(ret != 0)
          {
                MessageBox("初始化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議失敗!");
               return FALSE;
          }

          file://創(chuàng)建服務(wù)器端套接字
          ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
           if(ServerSock == INVALID_SOCKET)
          {
               MessageBox("創(chuàng)建套接字失敗!");
              closesocket(ServerSock);
              WSACleanup();
               return FALSE;
          }

          file://綁定到本地一個(gè)端口上
          sockaddr_in localaddr;
          localaddr.sin_family = AF_INET;
          localaddr.sin_port = htons(8888);  file://端口號(hào)不要與其他應(yīng)用程序沖突
          localaddr.sin_addr.s_addr = 0;
         if(bind(ServerSock ,(struct sockaddr*)&localaddr,sizeof(sockaddr))
                                          = = SOCKET_ERROR)
         {
               MessageBox("綁定地址失敗!");
               closesocket(ServerSock);
               WSACleanup();
               return FALSE;
         }

         file://將SeverSock設(shè)置為異步非阻塞模式,并為它注冊(cè)各種網(wǎng)絡(luò)異步事件,其 中   m_hWnd       
         file://為應(yīng)用程序的主對(duì)話(huà)框或主窗口的句柄
        if(WSAAsyncSelect(ServerSock, m_hWnd, NETWORK_EVENT,
              FD_ACCEPT FD_CLOSE FD_READ FD_WRITE) == SOCKET_ERROR)
         {
               MessageBox("注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)異步事件失敗!");
               WSACleanup();
               return FALSE;
         }
         listen(ServerSock, 5); file://設(shè)置偵聽(tīng)模式
        return TRUE;
     }

     下面定義網(wǎng)絡(luò)異步事件的回調(diào)函數(shù)
     void CSocketSeverDlg::OnNetEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
     {
        file://調(diào)用Winsock API函數(shù),得到網(wǎng)絡(luò)事件類(lèi)型
        int iEvent = WSAGETSELECTEVENT(lParam);
           
        file://調(diào)用Winsock API函數(shù),得到發(fā)生此事件的客戶(hù)端套接字
        SOCKET CurSock= (SOCKET)wParam;

        switch(iEvent)
        {
        case FD_ACCEPT:      file://客戶(hù)端連接請(qǐng)求事件
                OnAccept(CurSock);
                break;
        case FD_CLOSE:       file://客戶(hù)端斷開(kāi)事件:
                OnClose(CurSock);
                break;
        case FD_READ:        file://網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包到達(dá)事件
                OnReceive(CurSock);
                break;
         case FD_WRITE:      file://發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)事件
                OnSend(CurSock);
                break;
         default: break;
         }
     }
     
      以下是發(fā)生在相應(yīng)Socket上的各種網(wǎng)絡(luò)異步事件的處理函數(shù),其中OnAccept傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)是服務(wù)器端創(chuàng)建的套接字,OnClose()、OnReceive()和OnSend()傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)均是服務(wù)器端在接受客戶(hù)端連接時(shí)新創(chuàng)建的用與此客戶(hù)端通信的Socket。
    void CSocketSeverDlg::OnAccept(SOCKET CurSock)
    {
         file://接受連接請(qǐng)求,并保存與發(fā)起連接請(qǐng)求的客戶(hù)端進(jìn)行通信Socket
     file://為新的socket注冊(cè)異步事件,注意沒(méi)有Accept事件
    }

    void CSocketSeverDlg::OnClose(SOCET CurSock)
    {
        file://結(jié)束與相應(yīng)的客戶(hù)端的通信,釋放相應(yīng)資源
    }

    void CSocketSeverDlg::OnSend(SOCET CurSock)
    {
        file://在給客戶(hù)端發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)做相關(guān)預(yù)處理
    }

    void CSocketSeverDlg::OnReceive(SOCET CurSock)
    {
        file://讀出網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包
    }         
         
       用同樣的方法建立一個(gè)客戶(hù)端應(yīng)用程序。初始化網(wǎng)絡(luò)部分,不需要將套接字設(shè)置為監(jiān)聽(tīng)模式。注冊(cè)異步事件時(shí),沒(méi)有FD_ACCEPT,但增加了FD_CONNECT事件,因此沒(méi)有OnAccept()函數(shù),但增加了OnConnect()函數(shù)。向服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí),使用connect()函數(shù),連接成功后,會(huì)響應(yīng)到OnConnect()函數(shù)中。下面是OnConnect()函數(shù)的定義,傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)是客戶(hù)端Socket和服務(wù)器端發(fā)回來(lái)的連接是否成功的標(biāo)志。
void CSocketClntDlg::OnConnect(SOCKET CurSock, int error)
{
    if(0 = = error)
    {
    if(CurSock = = ClntSock)
     MessageBox("連接服務(wù)器成功!");
   }
}
    定義OnReceive()函數(shù),處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)事件;
    定義OnSend()函數(shù),處理發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)事件;
    定義OnClose()函數(shù),處理服務(wù)器的關(guān)閉事件。
             
       以上就是用基于Windows消息機(jī)制的異步I/O模型做服務(wù)器和客戶(hù)端應(yīng)用程序的基本方法。另外還可以用事件模型、重疊模型或完成端口模型,讀者可以參考有關(guān)書(shū)籍。
       在實(shí)現(xiàn)了上面的例子后,你將對(duì)Winsock編網(wǎng)絡(luò)通信程序的機(jī)制有了一定的了解。接下來(lái)你可以進(jìn)行更精彩的編程, 不僅可以在網(wǎng)上傳輸普通數(shù)據(jù),而且還以傳輸語(yǔ)音、視頻數(shù)據(jù),你還可以自己做一個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源共享的服務(wù)器軟件,和你的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室的局域網(wǎng)里可以共同分享你的成果。