C++ - 網絡編程之初始連接（Winsock2 概述、初始連接案例、初始連接案例解讀）

一、Winsock2 概述

  • Winsock2（Windows Sockets 2）是微軟提供的 Windows 平臺網絡編程庫

二、初始連接案例

1、Server
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;const int listen_port = 12345;int main() {WSADATA wsaData;int WSAStartupResult = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);if (WSAStartupResult != 0) {cerr << "WSAStartup() failed: " << WSAStartupResult << endl;return 1;}SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (listenSocket == INVALID_SOCKET) {cerr << "socket() failed: " << WSAGetLastError() << endl;WSACleanup();return 1;}sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(listen_port);serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int bindResult = bind(listenSocket, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));if (bindResult == SOCKET_ERROR) {cerr << "bind() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;}if (listen(listenSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR) {cerr << "listen() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;}cout << "Server is listening on port " << listen_port << endl;sockaddr_in clientAddr;int clientAddrSize = sizeof(clientAddr);SOCKET clientSocket = accept(listenSocket, (sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrSize);if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {cerr << "accept() failed: " << WSAGetLastError() << endl;}char clientIP[INET_ADDRSTRLEN];inet_ntop(AF_INET, &clientAddr.sin_addr, clientIP, INET_ADDRSTRLEN);cout << "Client connected from " << clientIP << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port) << endl;return 0;
}
2、Client
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;int main() {WSADATA wsaData;int WSAStartupResult = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);if (WSAStartupResult != 0) {cerr << "WSAStartup() failed: " << WSAStartupResult << endl;return 1;}SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (sock == INVALID_SOCKET) {cerr << "socket() failed: " << WSAGetLastError() << endl;WSACleanup();return 1;}sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(12345);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddr.sin_addr);int ConnectionResult = connect(sock, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));if (ConnectionResult == SOCKET_ERROR) {cerr << "connect() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(sock);WSACleanup();return 1;}cout << "Successfully connected to server!" << endl;closesocket(sock);WSACleanup();return 0;
}
3、Test
  1. 啟動 Server，輸出結果
# ServerServer is listening on port 12345
  1. 啟動 Client，輸出結果
# ClientSuccessfully connected to server!

# ServerClient connected from 127.0.0.1:63154

三、初始連接案例解讀

1、Server
（1）頭文件與庫引入
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;

  1. winsock2.h 是 Winsock 編程的核心頭文件，包含了大部分套接字函數和數據結構的定義

  2. ws2tcpip.h 提供 IP 地址轉換等功能

  3. iostream 標準輸入輸出

  4. #pragma comment 指令用于鏈接 ws2_32.lib 庫

  5. using namespace 啟用命名空間 std

（2）初始化 Winsock 庫
WSADATA wsaData;
int WSAStartupResult = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
if (WSAStartupResult != 0) {cerr << "WSAStartup() failed: " << WSAStartupResult << endl;return 1;
}

  1. WSADATA 結構用于接收庫的詳細信息

  2. WSAStartup() 是 Winsock 程序的第一個調用，用于初始化庫，MAKEWORD(2, 2) 表示初始化 Winsock 2.2 版本

  3. 必須檢查返回值，失敗時應立即退出

（3）創建監聽套接字
SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (listenSocket == INVALID_SOCKET) {cerr << "socket() failed: " << WSAGetLastError() << endl;WSACleanup();return 1;
}

  1. socket() 用于創建套接字，失敗時返回 INVALID_SOCKET

  2. AF_INET 表示使用 IPv4 地址族，SOCK_STREAM 表示面向連接的 TCP 套接字，IPPROTO_TCP 表示指定 TCP 協議

  3. 失敗時調用 WSAGetLastError() 獲取錯誤代碼，然后調用 WSACleanup() 釋放資源

（4）設置服務端地址
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(listen_port);
serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

  1. sockaddr_in 結構用于指定服務器地址信息

  2. sin_family 表示地址族（IPv4），sin_port 表示端口號（使用 htons 將主機字節序轉換為網絡字節序），sin_addr.s_addr 使用的 INADDR_ANY 表示綁定到所有可用接口

（5）綁定套接字
int bindResult = bind(listenSocket, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
if (bindResult == SOCKET_ERROR) {cerr << "bind() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}

  1. bind() 將套接字與特定 IP 和端口關聯，如果未發生錯誤，綁定返回 0，否則，返回 SOCKET_ERROR

  2. 失敗時調用 WSAGetLastError() 獲取錯誤代碼，然后調用 closesocket() 關閉現有套接字，然后調用 WSACleanup() 釋放資源

（6）開始監聽
if (listen(listenSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR) {cerr << "listen() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}cout << "Server is listening on port " << listen_port << endl;

  1. listen() 使套接字進入監聽狀態，如果未發生錯誤，返回 0，否則，返回 SOCKET_ERROR

  2. SOMAXCONN 是系統允許的最大掛起連接數

  3. 失敗時調用 WSAGetLastError() 獲取錯誤代碼，然后調用 closesocket() 關閉現有套接字，然后調用 WSACleanup() 釋放資源

（7）接受客戶端連接
sockaddr_in clientAddr;
int clientAddrSize = sizeof(clientAddr);
SOCKET clientSocket = accept(listenSocket, (sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrSize);
if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {cerr << "accept() failed: " << WSAGetLastError() << endl;
}

  1. clientAddr 結構用于獲取客戶端地址信息

  2. accept() 接受傳入的連接請求，阻塞直到有客戶端連接，返回一個新的套接字用于與客戶端通信

（8）顯示客戶端信息
char clientIP[INET_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(AF_INET, &clientAddr.sin_addr, clientIP, INET_ADDRSTRLEN);
cout << "Client connected from " << clientIP << ":" << ntohs(clientAddr.sin_port) << endl;

  1. inet_ntop() 將二進制 IP 地址轉換為可讀字符串

  2. ntohs() 將網絡字節序的端口轉換為主機字節序

2、Client
（1）頭文件與庫引入
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;

  1. winsock2.h 是 Winsock 編程的核心頭文件，包含了大部分套接字函數和數據結構的定義

  2. ws2tcpip.h 提供 IP 地址轉換等功能

  3. iostream 標準輸入輸出

  4. #pragma comment 指令用于鏈接 ws2_32.lib 庫

  5. using namespace 啟用命名空間 std

（2）初始化 Winsock 庫
WSADATA wsaData;
int WSAStartupResult = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
if (WSAStartupResult != 0) {cerr << "WSAStartup() failed: " << WSAStartupResult << endl;return 1;
}
（3）創建套接字
SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (sock == INVALID_SOCKET) {cerr << "socket() failed: " << WSAGetLastError() << endl;WSACleanup();return 1;
}

  1. socket() 用于創建套接字，失敗時返回 INVALID_SOCKET

  2. AF_INET 表示使用 IPv4 地址族，SOCK_STREAM 表示面向連接的 TCP 套接字，IPPROTO_TCP 表示指定 TCP 協議

  3. 失敗時調用 WSAGetLastError() 獲取錯誤代碼，然后調用 WSACleanup() 釋放資源

（4）設置服務端地址
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddr.sin_addr);

  1. sockaddr_in 結構用于指定服務器地址信息

  2. sin_family 表示地址族（IPv4），sin_port 表示端口號（使用 htons 將主機字節序轉換為網絡字節序），sin_addr 使用 inet_pton 將字符串 IP 轉換為二進制格式

（5）連接服務端
int ConnectionResult = connect(sock, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
if (ConnectionResult == SOCKET_ERROR) {cerr << "connect() failed: " << WSAGetLastError() << endl;closesocket(sock);WSACleanup();return 1;
}

  1. connect() 發起連接，如果成功，返回 0，否則，返回 SOCKET_ERROR

  2. 失敗時調用 WSAGetLastError() 獲取錯誤代碼，然后調用 closesocket() 關閉現有套接字，然后調用 WSACleanup() 釋放資源

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