Window下CLion实现本机通过socket通信-C++

1.引言-什么是socket

socket即套接字，用于描述地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通过socket向网络发出请求或者回应。

sockets(套接字)编程有三种，流式套接字（SOCK_STREAM），数据报套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）；前两种较常用。基于TCP的socket编程是采用的流式套接字。

有可能多种协议使用同一种数据传输方式，所以在socket编程中，需要同时指明数据传输方式和协议。

2. socket常用函数

2.1 sockaddr_in

struct sockaddr_in这个结构体用来处理网络通信的地址

struct sockaddr_in {short            sin_family;       // 2 bytes e.g. AF_INET, AF_INET6unsigned short   sin_port;    //16位 2 bytes e.g. htons(3490)struct in_addr   sin_addr;     //32位 4 bytes see struct in_addr, belowchar             sin_zero[8];     // 8 bytes zero this if you want to
};
//另一个结构体 in_addr存放32位ip地址
struct in_addr {unsigned long s_addr;          // 4 bytes load with inet_pton()
};

端口号需要用 htons() 函数转换

2.2 htons()、 inet_addr()和inet_ntoa()

htons()作用是将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。(host to net)

inet_addr()作用是将一个IP字符串转化为一个网络字节序的整数值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。

inet_ntoa()作用是将一个sin_addr结构体输出成IP字符串(network to ascii)。比如：

printf("%s",inet_ntoa(mysock.sin_addr));

htonl()作用和htons()一样，不过它针对的是32位的（long），而htons()针对的是两个字节，16位的（short）。

与htonl()和htons()作用相反的两个函数是：ntohl()和ntohs()。

2.3 socket()

创建套接字

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

af：IP地址的类型

AF_INET ： IPv4
AF_INET6： IPV6

type：数据传输方式

SOCK_STREAM：面向连接的数据传输方式
SOCK_DGRAM：无连接的数据传输方式

protocol：传输协议

IPPROTO_TCP：TCP传输协议
IPPTOTO_UDP：UDP传输协议

返回值

成功：0
失败：-1

2.4 bind()

地址绑定，将套接字与地址关联

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

sockfd：socket文件描述符

addr：sockaddr 结构体变量的指针

addrlen：addr 变量的大小

返回值

成功：0
失败：-1

2.5 connect()

建立连接，创建与指定外部端口的连接

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

sockfd：socket文件描述符

addr：sockaddr 结构体变量的指针

addrlen：addr 变量的大小

返回值

成功：0
失败：-1

2.6 listen()

让套接字进入被动监听状态（指当没有客户端请求时，套接字处于”睡眠“状态，只有当接收到客户端请求时，套接字才会被“唤醒”来响应请求），使得一个进程可以接收其他进程的请求，从而成为一个服务器进程

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：被监听的套接字的标识符

backlog：请求队列的最大长度（能存放多少个客户端请求）

请求队列：当套接字正在处理客户端请求时，如果有新的请求进来，套接字将把新的请求放入缓冲区，再从缓冲区取出请求，此缓冲区称为请求队列

返回值

成功：0
失败：-1

2.7 accept()

在一个套接口接收一个连接，当套接字处于监听状态时，可以通过accept()函数来接受客户端请求，accept()会阻塞程序进行，直到有新的请求到来

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

sockfd：服务器端套接字的标识符

addr：sockaddr 结构体变量的指针

addrlen：addr 变量的大小

返回值

成功：返回接收到的套接字的描述符
失败：-1

2.8 send()

发送数据，将数据由指定的socket传给对方主机

int send(int s, const void * msg, int len, unsigned int falgs);

s：以建立好连接的socket标识符

msg：发送的消息内容

len：发送内容的长度

falgs：一般设为0

返回值

成功：返回实际传送出去的字符数
失败：-1

2.9 recv()

接受数据，接收远端主机经过指定的socket传来的数据，并把数据存到buf指定的内存空间

int recv(int sock, void *buf, int len, unsigned int flags);

sock：接收端套接字描述符

buf：指定缓冲区，存放接收到的数据

len：缓冲区的长度

flags：一般设为0

返回值

成功：返回接收到的字符数
失败：-1

3.客户端/服务端模式

在TCP/IP（Transmission Control Protocol Internet Protocol / 传输控制协议和网际协议，TCP/IP是一种网络协议，由TCP和IP两个协议组成。它负责在计算机网络中传输数据，并确保数据传输的可靠性，同时确定数据在网络中的路径。TCP/IP是网络通信的基础，也是网络上最常用的协议之一）网络应用中，通信的两个进程相互作用的主要模式是客户/服务器模式，即客户端向服务器发出请求，服务器接收请求后，提供相应的服务。因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户/服务端模式的TCP/IP。

3.1 什么是TCP

TCP有三个关键步骤：三次握手，传输确认和四次挥手

构建思路：

服务端：建立socket，声明自身的端口号和地址并绑定到socket，使用listen打开监听，然后不断用accept去查看是否有连接，如果有，捕获socket，并通过recv获取消息的内容，通信完成后调用closeSocket关闭这个对应accept到的socket，如果不再需要等待任何客户端连接，那么用closeSocket关闭掉自身的socket。

客户端：建立socket，通过端口号和地址确定目标服务器，使用Connect连接到服务器，send发送消息，等待处理，通信完成后调用closeSocket关闭socket。

3.2 编程步骤

（1）服务端

1、加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）;

2、绑定套接字到一个IP地址和一个端口上（bind()）;

3、将套接字设置为监听模式等待连接请求（listen()）；

4、请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept()）；

5、用返回的套接字和客户端进行通信（send()/recv()）；

6、返回，等待另一个连接请求；

7、关闭套接字，关闭加载的套接字库（closesocket()/WSACleanup()）；

（2）客户端

1、加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）；

2、向服务器发出连接请求（connect()）；

3、和服务器进行通信（send()/recv()）；

4、关闭套接字，关闭加载的套接字库（closesocket()/WSACleanup()）；

3.3 学习代码

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main(int argc, char* argv[]) 
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);WSADATA wsaData;if (WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0){return 0;}SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (slisten == INVALID_SOCKET){printf("socket error !");return 0;}sockaddr_in sin;sin.sin_port = htons(8888);sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;if (bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR){printf("bind error !");}if (listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR){printf("listen error !");return 0;}SOCKET sClient;sockaddr_in remoteAddr;int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);char revData[255];while (true){printf("Wating for connecting... \r\n");sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)&remoteAddr, &nAddrlen);if (sClient == INVALID_SOCKET){printf("accept error !");continue;}printf("accept a connection: %s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);if (ret > 0){revData[ret] = 0x00;printf(revData);}const char * sendData = "hello, TCP Client";send(sClient, sendData, strlen(sendData), 0);closesocket(sClient);}closesocket(slisten);WSACleanup();return 0;
}

client.cpp

#include <WINSOCK2.H>
#include <STDIO.H>
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);WSADATA data;if (WSAStartup(sockVersion, &data) != 0){return 0;}while (true){SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (sclient == INVALID_SOCKET){printf("Invalid socket!");return 0;}sockaddr_in serAddr;serAddr.sin_family = AF_INET;serAddr.sin_port = htons(8888);serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");if (connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR){printf("connect error!");closesocket(sclient);return 0;}string data;cin>>data;const char * sendData;sendData = data.c_str();send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);char recData[255];int ret = recv(sclient, recData, 255, 0);if (ret > 0){recData[ret] = 0x00;printf(recData);}closesocket(sclient);}WSACleanup();return 0;
}

3.4 客户端一直发送数据代码

server.cpp

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main(int argc, char* argv[])
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);WSADATA wsadata;if (WSAStartup(sockVersion, &wsadata) != 0){return 0;}SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (slisten == INVALID_SOCKET){printf("socket error!");return 0;}sockaddr_in sin;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(6000);sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR){printf("bind error!");return 0;}if (listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR){printf("listen error!");return 0;}SOCKET sClient;sockaddr_in remoteAddr;int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);char revData[255];while (true){printf("Waiting for connecting... \n");sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)&remoteAddr, &nAddrlen);if (sClient == SOCKET_ERROR){printf("accept error !");continue;}int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);if (ret > 0 ){revData[ret] = 0x00;printf("Received: %s\n", revData);}const char * sendData = "Hello World from Server";send(sClient, sendData, strlen(sendData), 0);printf("Sent: %s\n", sendData);// Keep receiving messageswhile (true){ret = recv(sClient, revData, 255, 0);if (ret > 0){revData[ret] = 0x00;printf("Received: %s\n", revData);}}closesocket(sClient);}closesocket(slisten);WSACleanup();return 0;
}

client.cpp

#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <cstring>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);WSADATA data;if(WSAStartup(sockVersion, &data) != 0){return 0;}SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if(sclient == INVALID_SOCKET){printf("Invalid socket!");return 0;}sockaddr_in serAddr;serAddr.sin_family = AF_INET;serAddr.sin_port = htons(6000);serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");if (connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR){printf("connect error!");closesocket(sclient);return 0;}const char * sendData = "Hello World from Client";send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);printf("Sent: %s\n", sendData);char recData[255];int ret = recv(sclient, recData, 255, 0);if (ret > 0){recData[ret] = 0x00;printf("Received: %s\n", recData);}// Keep sending messageswhile (true){const char * helloData = "Hello";send(sclient, helloData, strlen(helloData), 0);printf("Sent: %s\n", helloData);// Sleep for 1 secondSleep(1000);}closesocket(sclient);WSACleanup();return 0;
}

3.5 用户在客户端输入数据代码

server.cpp

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main(int argc, char* argv[])
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);WSADATA wsadata;if (WSAStartup(sockVersion, &wsadata) != 0){return 0;}SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (slisten == INVALID_SOCKET){printf("socket error!");return 0;}sockaddr_in sin;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(6000);sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR){printf("bind error!");return 0;}if (listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR){printf("listen error!");return 0;}SOCKET sClient;sockaddr_in remoteAddr;int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);char revData[255];while (true){printf("Waiting for connecting... \n");sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)&remoteAddr, &nAddrlen);if (sClient == SOCKET_ERROR){printf("accept error !");continue;}// Keep receiving messageswhile (true){int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);if (ret > 0){revData[ret] = 0x00;printf("Received: %s\n", revData);}else if (ret == 0) // Connection closed{printf("Client disconnected.\n");closesocket(sClient);break;}else if (ret == SOCKET_ERROR) // Error receiving{printf("recv error!\n");closesocket(sClient);break;}}}closesocket(slisten);WSACleanup();return 0;
}

client.cpp

#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <cstring>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main()
{WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);WSADATA data;if(WSAStartup(sockVersion, &data) != 0){return 0;}SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if(sclient == INVALID_SOCKET){printf("Invalid socket!");return 0;}sockaddr_in serAddr;serAddr.sin_family = AF_INET;serAddr.sin_port = htons(6000);serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");if (connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR){printf("connect error!");closesocket(sclient);return 0;}char sendData[255];while (true){std::cout << "Enter message: ";std::cin.getline(sendData, 255);if (strlen(sendData) == 0) {continue;}send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);printf("Sent: %s\n", sendData);}closesocket(sclient);WSACleanup();return 0;
}