Winsock開發網絡通信程序的經典基礎

對于許多初學者來說，網絡通信程序的開發，普遍的一個現象就是覺得難以入手。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。
       同步方式指的是發送方不等接收方響應，便接著發下個數據包的通信方式；而異步指發送方發出數據后，等收到接收方發回的響應，才發下一個數據包的通信方式。
      阻塞套接字是指執行此套接字的網絡調用時，直到成功才返回，否則一直阻塞在此網絡調用上，比如調用recv()函數讀取網絡緩沖區中的數據，如果沒有數據到達，將一直掛在recv()這個函數調用上，直到讀到一些數據，此函數調用才返回；而非阻塞套接字是指執行此套接字的網絡調用時，不管是否執行成功，都立即返回。比如調用recv()函數讀取網絡緩沖區中數據，不管是否讀到數據都立即返回，而不會一直掛在此函數調用上。在實際Windows網絡通信軟件開發中，異步非阻塞套接字是用的最多的。平常所說的C/S（客戶端/服務器）結構的軟件就是異步非阻塞模式的。
       對于這些概念，初學者的理解也許只能似是而非，我將用一個最簡單的例子說明異步非阻塞Socket的基本原理和工作機制。目的是讓初學者不僅對Socket異步非阻塞的概念有個非常透徹的理解，而且也給他們提供一個用Socket開發網絡通信應用程序的快速入門方法。操作系統是Windows 98（或NT4.0），開發工具是Visual C++6.0。
       MFC提供了一個異步類CAsyncSocket，它封裝了異步、非阻塞Socket的基本功能，用它做常用的網絡通信軟件很方便。但它屏蔽了Socket的異步、非阻塞等概念，開發人員無需了解異步、非阻塞Socket的原理和工作機制。因此，建議初學者學習編網絡通信程序時，暫且不要用MFC提供的類，而先用Winsock2  API，這樣有助于對異步、非阻塞Socket編程機制的理解。
       為了簡單起見，服務器端和客戶端的應用程序均是基于MFC的標準對話框，網絡通信部分基于Winsock2 API實現。
       先做服務器端應用程序。
       用MFC向導做一個基于對話框的應用程序SocketSever，注意第三步中不要選上Windwos Sockets選項。在做好工程后，創建一個SeverSock，將它設置為異步非阻塞模式，并為它注冊各種網絡異步事件，然后與自定義的網絡異步事件聯系上，最后還要將它設置為監聽模式。在自定義的網絡異步事件的回調函數中，你可以得到各種網絡異步事件，根據它們的類型，做不同的處理。下面將詳細介紹如何編寫相關代碼。
       在SocketSeverDlg.h文件的類定義之前增加如下定義：
      #define  NETWORK_EVENT  WM_USER+166  file://定義網絡事件
     
       SOCKET ServerSock; file://服務器端Socket
      在類定義中增加如下定義：
      class CSocketSeverDlg : CDialog
     {
                 …
      public:
         SOCKET ClientSock[CLNT_MAX_NUM]; file://存儲與客戶端通信的Socket的數組

         /*各種網絡異步事件的處理函數*/
       void OnClose(SOCKET CurSock);   file://對端Socket斷開
        void OnSend(SOCKET CurSock);   file://發送網絡數據包
       void OnReceive(SOCKET CurSock); file://網絡數據包到達
       void OnAccept(SOCKET CurSock);  file://客戶端連接請求

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

          file://初始化TCP協議
          BOOL ret = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
         if(ret != 0)
          {
                MessageBox("初始化網絡協議失敗!");
               return FALSE;
          }

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

          file://綁定到本地一個端口上
          sockaddr_in localaddr;
          localaddr.sin_family = AF_INET;
          localaddr.sin_port = htons(8888);  file://端口號不要與其他應用程序沖突
          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設置為異步非阻塞模式，并為它注冊各種網絡異步事件，其 中   m_hWnd       
         file://為應用程序的主對話框或主窗口的句柄
        if(WSAAsyncSelect(ServerSock, m_hWnd, NETWORK_EVENT,
              FD_ACCEPT | FD_CLOSE | FD_READ | FD_WRITE) == SOCKET_ERROR)
         {
               MessageBox("注冊網絡異步事件失敗!");
               WSACleanup();
               return FALSE;
         }
         listen(ServerSock, 5); file://設置偵聽模式
        return TRUE;
     }

     下面定義網絡異步事件的回調函數
     void CSocketSeverDlg::OnNetEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
     {
        file://調用Winsock API函數，得到網絡事件類型
        int iEvent = WSAGETSELECTEVENT(lParam);
           
        file://調用Winsock API函數，得到發生此事件的客戶端套接字
        SOCKET CurSock= (SOCKET)wParam;

        switch(iEvent)
        {
        case FD_ACCEPT:      file://客戶端連接請求事件
                OnAccept(CurSock);
                break;
        case FD_CLOSE:       file://客戶端斷開事件:
                OnClose(CurSock);
                break;
        case FD_READ:        file://網絡數據包到達事件
                OnReceive(CurSock);
                break;
         case FD_WRITE:      file://發送網絡數據事件
                OnSend(CurSock);
                break;
         default: break;
         }
     }
     
      以下是發生在相應Socket上的各種網絡異步事件的處理函數，其中OnAccept傳進來的參數是服務器端創建的套接字，OnClose()、OnReceive()和OnSend()傳進來的參數均是服務器端在接受客戶端連接時新創建的用與此客戶端通信的Socket。
    void CSocketSeverDlg::OnAccept(SOCKET CurSock)
    {
         file://接受連接請求，并保存與發起連接請求的客戶端進行通信Socket
     file://為新的socket注冊異步事件，注意沒有Accept事件
    }

    void CSocketSeverDlg::OnClose(SOCET CurSock)
    {
        file://結束與相應的客戶端的通信，釋放相應資源
    }

    void CSocketSeverDlg::OnSend(SOCET CurSock)
    {
        file://在給客戶端發數據時做相關預處理
    }

    void CSocketSeverDlg::OnReceive(SOCET CurSock)
    {
        file://讀出網絡緩沖區中的數據包
    }         
         
       用同樣的方法建立一個客戶端應用程序。初始化網絡部分，不需要將套接字設置為監聽模式。注冊異步事件時，沒有FD_ACCEPT，但增加了FD_CONNECT事件，因此沒有OnAccept()函數，但增加了OnConnect()函數。向服務器發出連接請求時，使用connect()函數，連接成功后，會響應到OnConnect()函數中。下面是OnConnect()函數的定義，傳進來的參數是客戶端Socket和服務器端發回來的連接是否成功的標志。
void CSocketClntDlg::OnConnect(SOCKET CurSock, int error)
{
    if(0 = = error)
    {
    if(CurSock = = ClntSock)
     MessageBox("連接服務器成功!");
   }
}
    定義OnReceive()函數，處理網絡數據到達事件;
    定義OnSend()函數，處理發送網絡數據事件;
    定義OnClose()函數，處理服務器的關閉事件。
             
       以上就是用基于Windows消息機制的異步I/O模型做服務器和客戶端應用程序的基本方法。另外還可以用事件模型、重疊模型或完成端口模型，讀者可以參考有關書籍。
       在實現了上面的例子后，你將對Winsock編網絡通信程序的機制有了一定的了解。接下來你可以進行更精彩的編程, 不僅可以在網上傳輸普通數據，而且還以傳輸語音、視頻數據，你還可以自己做一個網絡資源共享的服務器軟件，和你的同學在實驗室的局域網里可以共同分享你的成果。