C++socket编程.docx
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C++socket编程
第3章网络应用
3.1网络编程基础
多媒体技术与网络技术的结合，使得网络生活变得多姿多彩。
从此，网络生活很迷人；网络改变了和改变着人们原本的生活方式。
姑且认为DirectShow是单机的多媒体技术，一旦融合了网络技术，DirectShow更显现了它强大的生命力。
本章将着重介绍DirectShow技术在网络方面的应用。
网络编程，当然要用到WindowsSocket（套接字）技术。
Socket相关的操作由一系列API函数来完成，比如socket、bind、listen、connect、accept、send、sendto、recv、recvfrom等。
调用这些API函数有一定的先后次序，有些函数的参数还比较复杂，对于开发者来说，不是很好用。
于是，微软的MFC提供了两个类：
CAsyncSocket和CSocket，极大地方便了Socket功能的使用。
这两个类的继承关系如图3.1。
图3.1MFCSocket类的继承关系
CAsyncSocket类在较低层次上封装了WindowsSocketAPI，并且通过内建一个（隐藏的）窗口，实现了适合Windows应用的异步机制（WindowsSocketAPI默认情况下工作在阻塞模式，不方便直接在消息驱动的Windows程序上使用）。
CSocket类从CAsyncSocket类派生，进一步简化了Socket功能的应用。
不过很遗憾，正因为这两个类都内建了一个窗口，它们并不是线程安全的（thread-safe）；如果要在多线程环境下应用Socket功能，建议自行封装SocketAPI函数。
使用Socket传输数据主要有两种方式：
TCP传输和UDP传输。
（OSI参考模型将网络通信分成7个层次，从低往上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层；TCP和UDP均是传输层的协议。
）下面，就分别来介绍这两种数据传输方式。
提示：
本章在介绍网络通信双方的时候，会使用两组关键词：
服务器-客户机和本地端-远程端。
其中，服务器-客户机是根据角色来界定的；而本地端-远程端是一个相对概念，依据不同的参照物，可以分别表示不同的角色。
比如以服务器为参照物，可以称服务器为本地端，称客户机为远程端；而如果以客户机为参照物，可以称客户机为本地端，称服务器为远程端。
3.1.1TCP传输
TCP，TransferControlProtocol的缩写（传输控制协议），是一种面向连接的网络传输协议。
TCP协议的特点是，支持多数据流操作，提供流控和错误控制，甚至能完成对乱序到达报文的重新排序等。
因此，TCP提供了可靠的应用数据传输服务。
通信双方使用TCP传输的一般过程参考如图3.2。
图3.2TCP通信的一般过程
本节将要实现一个TCP传输的演示程序TCPDemo，它包括服务器和客户机两个部分。
它们的程序界面如图3.3。
图3.3TCP传输演示程序界面
TCPDemo的演示过程如下：
（1）将服务器和客户机两部分程序都运行起来（此时服务器已经启动了侦听客户机连接请求的子线程，侦听端口号为10028）。
（2）在客户机程序界面上输入服务器的IP地址（如果服务器和客户机运行在同一台机器上，IP地址可以指定为127.0.0.1）、侦听端口号（因为服务器在10028端口上侦听，这里也应该指定为10028）。
（3）点击客户机程序界面上的“Connect”按钮，向服务器发送Socket连接请求。
（4）服务器侦听到有客户机的连接请求后便接受它（于是在两个程序之间就建立了一条可靠的Socket连接）。
然后服务器会向客户机发送两次字符串数据。
（5）客户机接收到数据后，弹出两次如图3.4的消息框。
图3.4TCP传输客户机接收到数据后显示的消息框
提示：
TCPDemo为什么使用10028作为TCP通信的端口号？
因为TCP数据包的TCP头结构中，使用了16位的域来表示一个端口号。
因此，有65536个可能的端口号。
不过，0-1023是周知口（众所周知的端口，比如80是超文本传输协议http的端口，25是简单邮件传输协议smtp的端口，20和21是文件传输协议ftp的端口等），比1023大的端口号通常被称为高端口号。
应用程序一般使用高端口号提供自己的通信服务。
TCPDemo使用10028端口是偶然的，只要比1023大就可以了。
TCPDemo在具体实现时，设计了一个CTCPListener类专门用于服务器对特定TCP端口的侦听。
另外，设计了一个CStreamSocket类专门用于TCP数据的传输。
CStreamSocket作为基类，服务器程序从它派生出另一个类CSocketSender专门用于数据的发送，客户机程序从它派生出CSocketReceiver类专门用于数据的接收。
这些类的继承结构如图3.5。
图3.5TCPDemo的类继承结构
提示：
关于CMsgStation和CMsgReceiver两个类的功能介绍，请读者另行参考本书的“2.4.1一种不错的设计模式”。
//
//CTCPListener.h
//
#ifndef__H_CTCPListener__
#define__H_CTCPListener__
#include"CMsgStation.h"
classCTCPListener:
publicCMsgStation
{
protected:
SOCKETmListener;//用于侦听的Socket
SOCKETmAccepted;//用于与远程端建立连接的Socket
WORDmListenPort;//侦听端口号
BOOLmIsListening;//是否正在侦听的标记
HANDLEmLsnThread;//侦听线程
public:
CTCPListener（）;
virtual~CTCPListener（）;
public:
//设置/得到侦听的端口号
voidSetListenPort（WORDinPort）;
WORDGetListenPort（void）;
//创建/销毁用于侦听的Socket
BOOLCreate（void）;
voidDeleteListener（void）;
//销毁服务器与客户机建立连接的Socket
voidDeleteAccepted（void）;
//启动/停止侦听线程
BOOLStartListening（void）;
voidStopListening（void）;
//得到服务器与客户机建立连接的Socket（用于数据传输）
SOCKETGetAccepted（void）;
private:
BOOLAccept（void）;//接受远程端的连接请求
staticDWORDWINAPIListeningThrd（void*pParam）;//侦听线程执行体
};
#endif//__H_CTCPListener__
//
//CTCPListener.cpp
//
#include"stdafx.h"
#include"CTCPListener.h"
#include"Netdefs.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CTCPListener:
:
CTCPListener（）
{
//参数初始化
mListener=INVALID_SOCKET;
mAccepted=INVALID_SOCKET;
//默认在10028端口上侦听
mListenPort=10028;
mLsnThread=NULL;
mIsListening=FALSE;
}
CTCPListener:
:
~CTCPListener（）
{
//销毁Socket
DeleteAccepted（）;
DeleteListener（）;
//停止侦听线程
StopListening（）;
}
//设置侦听端口号
voidCTCPListener:
:
SetListenPort（WORDinPort）
{
mListenPort=inPort;
}
//得到侦听端口号
WORDCTCPListener:
:
GetListenPort（void）
{
returnmListenPort;
}
//创建用于侦听的Socket
BOOLCTCPListener:
:
Create（void）
{
DeleteListener（）;//销毁侦听Socket
intval=0;
BOOLpass=FALSE;
//创建一个TCP传输的Socket
mListener=socket（PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP）;
if（mListener!
=INVALID_SOCKET）
{
//在Socket上进行参数设置
BOOLsopt=TRUE;
setsockopt（mListener,IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
//在销毁Socket时不必等待未发送完的数据完全发送出去
setsockopt（mListener,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
//绑定Socket到指定的侦听端口
SOCKADDR_INaddr;
memset（&addr,0,sizeof（SOCKADDR_IN））;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl（INADDR_ANY）;
addr.sin_port=htons（mListenPort）;
val=bind（mListener,（structsockaddr*）&addr,sizeof（addr））;
pass=（val!
=SOCKET_ERROR）;
}
if（pass）
{
//将Socket置于侦听状态
val=listen（mListener,SOMAXCONN）;
pass=（val!
=SOCKET_ERROR）;
}
if（!
pass）
{
DeleteListener（）;
}
returnpass;
}
//销毁用于侦听的Socket
voidCTCPListener:
:
DeleteListener（void）
{
if（mListener!
=INVALID_SOCKET）
{
closesocket（mListener）;
mListener=INVALID_SOCKET;
}
}
//销毁服务器与客户机建立连接的Socket
voidCTCPListener:
:
DeleteAccepted（void）
{
if（mAccepted!
=INVALID_SOCKET）
{
closesocket（mAccepted）;
mAccepted=INVALID_SOCKET;
}
}
//启动侦听线程（因为用于接受连接请求的accept函数调用时会阻塞）
BOOLCTCPListener:
:
StartListening（void）
{
//如果侦听Socket没有创建，则创建它
if（mListener==INVALID_SOCKET）
{
Create（）;
}
if（mListener!
=INVALID_SOCKET）
{
if（mIsListening）
{
returnTRUE;
}
//启动侦听线程
DWORDthreadID=0;
mLsnThread=CreateThread（NULL,0,ListeningThrd,
this,0,&threadID）;
return（mLsnThread!
=NULL）;
}
returnFALSE;
}
//停止侦听线程
voidCTCPListener:
:
StopListening（void）
{
if（mListener!
=INVALID_SOCKET&&mIsListening）
{
//销毁侦听Socket，于是accept将脱离阻塞状态
DeleteListener（）;
//等待侦听线程完全退出
if（mLsnThread!
=NULL）
{
WaitForSingleObject（mLsnThread,INFINITE）;
mLsnThread=NULL;
}
}
}
//接受远程端的连接请求（创建一个新的Socket用于与远程端建立一条连接）
BOOLCTCPListener:
:
Accept（void）
{
if（mListener!
=INVALID_SOCKET）
{
SOCKADDR_INsaddr;
intlen=sizeof（SOCKADDR_IN）;
//侦听远程端的连接请求（如果没有连接请求，这个函数将阻塞）
SOCKETaccepted=accept（mListener,（SOCKADDR*）&saddr,&len）;
if（accepted==INVALID_SOCKET）
{
returnFALSE;
}
//注意：
目前仅支持建立一条Socket连接！
//在建立新的连接之前将以前的连接断开
DeleteAccepted（）;
//保存与远程端建立连接的Socket
mAccepted=accepted;
//在Socket上设置一些参数
BOOLsopt=TRUE;
setsockopt（mAccepted,IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
setsockopt（mAccepted,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
returnTRUE;
}
returnFALSE;
}
//当与远程端连接的Socket取出之后，保存该Socket的变量置为无效
//取出的Socket由取出者负责销毁
SOCKETCTCPListener:
:
GetAccepted（void）
{
SOCKETret=mAccepted;
mAccepted=INVALID_SOCKET;
returnret;
}
//侦听线程的函数执行体
DWORDWINAPICTCPListener:
:
ListeningThrd（void*pParam）
{
ASSERT（pParam）;
//获得侦听对象指针
CTCPListener*pListen=（CTCPListener*）pParam;
pListen->mIsListening=TRUE;
while（pListen->mIsListening）
{
//开始侦听（如果没有远程端发送连接请求，这个函数将阻塞）
if（!
pListen->Accept（））
{
pListen->mIsListening=FALSE;
break;
}
else
{
//constlongcNewSocketAccepted=6688;
//发送给上层观察者一个自定义消息cNewSocketAccepted，
//表示一条Socket连接已经建立（可以用它进行数据传输了！
）
pListen->Broadcast（cNewSocketAccepted）;
}
}
return1;
}
//
//CStreamSocket.h
//
#ifndef__H_CStreamSocket__
#define__H_CStreamSocket__
classCStreamSocket
{
protected:
SOCKETmSocket;//用于数据发送或接收的Socket
BOOLmIsConnected;//Socket是否已经建立了连接的标记
BOOLmIsReceiving;//使用独立的线程进行数据接收
HANDLEmRcvThread;
BOOLmIsSending;//使用独立的线程进行数据发送
HANDLEmSndThread;
public:
CStreamSocket（）;
virtual~CStreamSocket（）;
public:
BOOLAttach（SOCKETinSocket）;//关联一个Socket
voidDetach（void）;//销毁Socket
//向指定IP地址、端口号的机器发送连接请求
BOOLConnectTo（constchar*inTarget,WORDinPort）;
BOOLIsConnected（void）{returnmIsConnected;};
//用于数据接收的控制函数
BOOLStartReceiving（void）;
voidStopReceiving（void）;
BOOLIsReceiving（void）{returnmIsReceiving;};
//用于数据发送的控制函数
BOOLStartSending（void）;
voidStopSending（void）;
BOOLIsSending（void）{returnmIsSending;};
protected:
staticDWORDWINAPIReceivingThrd（void*pParam）;//接收线程执行体
staticDWORDWINAPISendingThrd（void*pParam）;//发送线程执行体
//接收/发送数据循环过程（虚函数，供子类定制）
virtualvoidReceivingLoop（void）;
virtualvoidSendingLoop（void）;
};
#endif//__H_CStreamSocket__
//
//CStreamSocket.cpp
//
#include"stdafx.h"
#include"CStreamSocket.h"
#include"UNetwork.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CStreamSocket:
:
CStreamSocket（）
{
//参数初始化
mSocket=INVALID_SOCKET;
mIsConnected=FALSE;
mIsReceiving=FALSE;
mIsSending=FALSE;
mRcvThread=NULL;
mSndThread=NULL;
}
//销毁Socket，停止发送/接收线程
CStreamSocket:
:
~CStreamSocket（）
{
Detach（）;
StopSending（）;
StopReceiving（）;
}
//关联一个Socket到本包装对象
BOOLCStreamSocket:
:
Attach（SOCKETinSocket）
{
//如果已经包装了一个Socket，则返回一个错误值
if（mSocket!
=INVALID_SOCKET）
{
returnFALSE;
}
//保存Socket句柄
mSocket=inSocket;
mIsConnected=TRUE;
returnTRUE;
}
//销毁Socket
voidCStreamSocket:
:
Detach（void）
{
if（mSocket!
=INVALID_SOCKET）
{
closesocket（mSocket）;
mSocket=INVALID_SOCKET;
mIsConnected=FALSE;
}
}
//向指定IP地址、端口号的机器发送连接请求
BOOLCStreamSocket:
:
ConnectTo（constchar*inTarget,WORDinPort）
{
if（mIsConnected）
{
returnTRUE;
}
//首先创建一个TCP传输的Socket
mSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP）;
if（mSocket!
=INVALID_SOCKET）
{
//在成功创建的Socket上调整参数
BOOLsopt=TRUE;
setsockopt（mSocket,IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
setsockopt（mSocket,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,
（char*）&sopt,sizeof（BOOL））;
//向服务器发送连接请求
SOCKADDR_INsaddr;
memset（&saddr,0,sizeof（SOCKADDR_IN））;
saddr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr（inTarget）;
saddr.sin_family=AF_INET;
saddr.sin
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