Cpp网络编程Winsock API

Cpp网络编程Winsock API

作者：blue

时间：2025.3.31

Q：如何使用Winsock API？

A：答案显而易见，导包，但这里的导包和我们平常直接 #include 还要多加一步。为什么呢？

因为在使用 Windows Sockets API 进行网络编程时，需要使用 ws2_32.lib 库，Windows Sockets API 中的函数（如 socket、bind、connect、send、recv 等）的实现都包含在 ws2_32.lib 库中。

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") 是一个预处理器指令，用于在编译时指定链接器需要链接的库文件。

为什么导入 iostream 这种库时不需要类似语句

因为C++ 标准库（如 iostream、vector、string 等）通常是由编译器自动链接的。编译器在安装时会配置好标准库的路径和链接选项，当你使用标准库中的功能时，编译器会自动处理链接过程，无需手动指定链接库文件。

#include <winSock2.h>
#pragma comment(lib,"WS2_32")

有了Windows Sockets API 我们就可以来编写服务端与客户端程序了。

1.服务端（Server）

1.1初始化网络库

Q：为什么要初始化网络库?

A：因为Windows Sockets 网络功能是通过动态链接库（DLL）来实现的，WSAStartup 函数会对 Windows Sockets 库进行初始化操作，设置内部数据结构、分配必要的资源等。只有完成这些初始化步骤，后续的网络操作函数（如 socket、bind、connect 等）才能正常工作。

• WSADATA wsaData;这行代码的作用是定义一个WSADATA类型的变量wsaData。WSADATA是一个结构体，在 Windows 套接字编程里，该结构体用于存储 Windows 套接字实现的相关信息，像版本号、描述信息等。
• MAKEWORD(2,2)是一个宏，它的作用是创建一个 16 位的字，这个字的低字节代表主版本号，高字节代表副版本号。这里MAKEWORD(2,2)表示请求使用的 Windows 套接字版本是 2.2。
• WSAStartup函数会把 Windows 套接字实现的信息填充到wsaData这个结构体里。

//1.初始化网络库
WSADATA wsaData;
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0) {//等于0代表初始化成功
    std::cerr << "初始化网络库失败" << std::endl;
    return 1;
}

1.2创建套接字对象

//socket(协议族，套接字类型，协议)
协议族：AF_INET：代表 IPv4 协议族，AF_INET6：表示 IPv6 协议族

套接字类型：
    SOCK_STREAM：代表面向连接的流式套接字，基于 TCP
    SOCK_DGRAM：表示无连接的数据报套接字，基于 UDP

协议：
    通常情况下，如果 type 参数已经明确指定了套接字类型，protocol 可以设置为 0，让系统自动选择合适的协议。

//2.创建套接字对象
SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
//检测是不是有效SOCKET对象
if (listenSocket == INVALID_SOCKET) {
    std::cerr << "SOCKET对象创建失败" << std::endl;
    WSACleanup();
    return 1;
}

1.3设置ip和端口

sockaddr和sockaddr_in(Socket Address Internet)。

用于存储网络地址信息，包括协议族类型、IP地址和端口号，其实就是两个结构体用来设置服务端和客户端的IP地址和端口号的，我们最常使用的是sockaddr_in，操作系统内部使用的则是sockaddr。

引用：原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_74027669/article/details/138437305

//3.设置ip和端口
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;//设置协议簇
serverAddr.sin_port = htons(10086);//端口号
//serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr)) <= 0) {
    std::cerr << "无效地址" << std::endl;
    closesocket(listenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

• 功能：INADDR_ANY 是一个预定义的常量，其值通常表示为 0.0.0.0。当你将 serverAddr.sin_addr.s_addr 设置为 INADDR_ANY 时，意味着服务器套接字会监听服务器上所有可用的网络接口。无论服务器有多少块网卡，每个网卡对应不同的 IP 地址，使用 INADDR_ANY 能让服务端程序接受来自任意网络接口的客户端连接请求。

inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr))

• 功能：inet_pton 函数的作用是将点分十进制的 IP 地址字符串（如 "127.0.0.1"）转换为适合存储在 in_addr 结构体中的二进制形式。这里将 "127.0.0.1" 转换后赋值给 serverAddr.sin_addr，意味着服务器套接字只会监听本地回环地址（127.0.0.1）对应的网络接口。本地回环地址通常用于在同一台计算机上进行网络通信测试，程序可以通过该地址与自身进行通信。

1.4将套接字对象与ip和端口绑定

int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen);
//bind(套接字描述符，sockaddr结构体指针，结构体大小)

//4.将套接字对象与ip端口进行绑定
if (bind(listenSocket, reinterpret_cast<sockaddr*>(&serverAddr), sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {
    std::cerr << "套接字对象与ip端口绑定失败" << std::endl;
    closesocket(listenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

reinterpret_cast 是 C++ 中的一种强制类型转换运算符，它用于将一种类型的指针或引用转换为另一种不相关的类型。在这个表达式中：

• &serverAddr 是获取 serverAddr 变量的地址，serverAddr 是 sockaddr_in 类型的变量，用于存储 IPv4 地址和端口信息。
• sockaddr* 是目标类型，即 sockaddr 结构体的指针类型。
• reinterpret_cast<sockaddr*>(&serverAddr) 的作用是将 serverAddr 的地址从 sockaddr_in* 类型强制转换为 sockaddr* 类型。

1.5设置套接字为监听状态

int listen(SOCKET s, int backlog);
//listen(套接字描述符，等待连接的最大数量)

//5.设置套接字为监听状态
if (listen(listenSocket, 5) == SOCKET_ERROR) {
    std::cerr << "套接字设置监听状态失败" << std::endl;
    closesocket(listenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

1.6等待客户端连接

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
//accept(套接字描述符，sockaddr结构体指针，结构体大小)

addr：

• 这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，用于存储发起连接请求的客户端的地址信息，包括客户端的 IP 地址和端口号。不同的地址族（如 IPv4、IPv6）对应的具体结构体不同，常见的是 sockaddr_in（用于 IPv4）和 sockaddr_in6（用于 IPv6）。当 accept 函数成功接受一个客户端连接时，会将客户端的地址信息填充到这个结构体中。
• 当 addr 为 nullptr 时，accept 函数不会尝试填充客户端的地址信息，也就不会使用 addrlen 参数。

//6.等待客户端连接
std::cout << "等待客户端连接" << std::endl;
SOCKET clientSocket = accept(listenSocket,nullptr,nullptr);
if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {
    std::cerr << "获取到的客户端SOCKET对象无效" << std::endl;
    closesocket(listenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}
std::cout << "连接成功" << std::endl;

1.7收发数据

//7.收发数据
while (true) {

    //接收
    char recvBuffer[1024]="";
    if (recv(clientSocket, recvBuffer, sizeof(recvBuffer), 0) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "接收数据失败" << std::endl;
        closesocket(clientSocket);
        closesocket(listenSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    std::cerr << "客户端发来信息：" << recvBuffer << std::endl;

    //发送
    std::string message = "hello client";
    if (send(clientSocket, message.c_str(), message.size(),0) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "向客户端发送信息失败" << std::endl;
        closesocket(clientSocket);
        closesocket(listenSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }
}

recv

int recv(
  SOCKET s,
  char   *buf,
  int    len,
  int    flags
);

• s：参数为 clientSocket，它是一个已建立连接的套接字描述符。对于 TCP 连接而言，这个套接字是通过 accept 函数返回的用于和客户端进行通信的新套接字。服务器借助这个套接字接收客户端发送的数据。
• buf：参数为 recvBuffer，这是一个长度为 1024 的字符数组，用来存储接收到的数据。在调用 recv 函数之前，将其初始化为空字符串 ""。
• len：参数为 sizeof(recvBuffer)，也就是 recvBuffer 数组的大小，这里是 1024 字节。这表明 recv 函数最多能接收 1024 字节的数据到 recvBuffer 中。
• flags：参数为 0，表示采用默认的接收方式。

send

int send(
  SOCKET s,
  const char *buf,
  int len,
  int flags
);

• s：参数为 clientSocket，同样是用于和客户端通信的已建立连接的套接字描述符。服务器通过这个套接字向客户端发送数据。
• buf：参数为 message.c_str()，message 是一个 std::string 类型的对象，存储着要发送的消息 "hello client"。c_str() 方法会返回一个指向以空字符结尾的 C 风格字符串的指针，该指针指向存储消息内容的内存地址。
• len：参数为 message.size()，表示要发送的消息的长度，也就是 "hello client" 这个字符串的长度。
• flags：参数为 0，表示采用默认的发送方式。

1.8关闭连接

WSACleanup()会释放Winsock库所占用的资源，并通知系统不再需要Winsock动态连接库函数。

//8.关闭连接
closesocket(clientSocket);
closesocket(listenSocket);
WSACleanup();

2.客户端（Client）

2.1初始化网络库

//1.初始化网络库
WSADATA wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
    std::cerr << "初始化网络库失败" << std::endl;
    return 1;
}

2.2创建套接字对象

//2.创建SOCKET对象
SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);;
//检测是不是有效SOCKET对象
if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {
    std::cerr << "SOCKET对象创建失败" << std::endl;
    WSACleanup();
    return 1;
}

2.3设置要连接的服务端的IP地址和端口号

注意是服务器的

//3.设置要连接的服务端的IP地址和端口号
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(10086);
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr)) <= 0) {
    std::cerr << "无效地址" << std::endl;
    closesocket(clientSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

2.4连接服务端

//4.连接服务端
if (connect(clientSocket, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {
    std::cerr << "连接服务器失败" << std::endl;
    closesocket(clientSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

int connect(
  SOCKET         s,
  const sockaddr *name,
  int            namelen
);

参数解释

• s：这是一个客户端套接字描述符，也就是通过 socket 函数创建的套接字。此套接字会被用于与服务器建立连接并进行后续的数据通信。在你给出的代码里，clientSocket 就是这个客户端套接字。
• name：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体存储着服务器的地址信息，包含服务器的 IP 地址和端口号。由于 sockaddr 是通用的地址结构体，在实际使用时，通常会使用更具体的地址结构体（如 sockaddr_in 用于 IPv4 地址）来设置地址信息，然后再将其指针强制转换为 sockaddr* 类型。在你的代码中，(sockaddr*)&serverAddr 就是将 serverAddr（通常是 sockaddr_in 类型）的地址强制转换为 sockaddr* 类型，serverAddr 里存储着服务器的地址和端口信息。
• namelen：这是 name 所指向的 sockaddr 结构体的长度，通常使用 sizeof(serverAddr) 来获取。这个参数告知 connect 函数地址结构体的大小。

返回值

• 若 connect 函数调用成功，会返回 0，表示客户端已成功与服务器建立连接。
• 若调用失败，会返回 SOCKET_ERROR

2.5收发数据

//5.收发数据
while(true) {
    std::string message;
    std::cout << "输入你想发送的信息（输入quit退出）：";
    std::getline(std::cin, message);
    if (message == "quit") break;

    if (send(clientSocket, message.c_str(), message.size(), 0) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "向服务端发送信息失败" << std::endl;
        closesocket(clientSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    char recvBuffer[1024]="";
    if (recv(clientSocket, recvBuffer, sizeof(recvBuffer), 0) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "接收数据失败" << std::endl;
        closesocket(clientSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }
    std::cout << "服务端发来消息：" << recvBuffer << std::endl;
}

2.6关闭连接

//6.关闭连接
closesocket(clientSocket);
WSACleanup();
return 0;