C++ - 网络编程之初始连接（Winsock2 概述、初始连接案例、初始连接案例解读）

一、Winsock2 概述

  • Winsock2（Windows Sockets 2）是微软提供的 Windows 平台网络编程库

二、初始连接案例

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. 启动 Server，输出结果
# ServerServer is listening on port 12345
  1. 启动 Client，输出结果
# ClientSuccessfully connected to server!

# ServerClient connected from 127.0.0.1:63154

三、初始连接案例解读

1、Server
（1）头文件与库引入
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;

  1. winsock2.h 是 Winsock 编程的核心头文件，包含了大部分套接字函数和数据结构的定义

  2. ws2tcpip.h 提供 IP 地址转换等功能

  3. iostream 标准输入输出

  4. #pragma comment 指令用于链接 ws2_32.lib 库

  5. using namespace 启用命名空间 std

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

  1. WSADATA 结构用于接收库的详细信息

  2. WSAStartup() 是 Winsock 程序的第一个调用，用于初始化库，MAKEWORD(2, 2) 表示初始化 Winsock 2.2 版本

  3. 必须检查返回值，失败时应立即退出

（3）创建监听套接字
SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (listenSocket == INVALID_SOCKET) {cerr << "socket() failed: " << WSAGetLastError() << endl;WSACleanup();return 1;
}

  1. socket() 用于创建套接字，失败时返回 INVALID_SOCKET

  2. AF_INET 表示使用 IPv4 地址族，SOCK_STREAM 表示面向连接的 TCP 套接字，IPPROTO_TCP 表示指定 TCP 协议

  3. 失败时调用 WSAGetLastError() 获取错误代码，然后调用 WSACleanup() 释放资源

（4）设置服务端地址
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(listen_port);
serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

  1. sockaddr_in 结构用于指定服务器地址信息

  2. sin_family 表示地址族（IPv4），sin_port 表示端口号（使用 htons 将主机字节序转换为网络字节序），sin_addr.s_addr 使用的 INADDR_ANY 表示绑定到所有可用接口

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

  1. bind() 将套接字与特定 IP 和端口关联，如果未发生错误，绑定返回 0，否则，返回 SOCKET_ERROR

  2. 失败时调用 WSAGetLastError() 获取错误代码，然后调用 closesocket() 关闭现有套接字，然后调用 WSACleanup() 释放资源

（6）开始监听
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() 使套接字进入监听状态，如果未发生错误，返回 0，否则，返回 SOCKET_ERROR

  2. SOMAXCONN 是系统允许的最大挂起连接数

  3. 失败时调用 WSAGetLastError() 获取错误代码，然后调用 closesocket() 关闭现有套接字，然后调用 WSACleanup() 释放资源

（7）接受客户端连接
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 结构用于获取客户端地址信息

  2. accept() 接受传入的连接请求，阻塞直到有客户端连接，返回一个新的套接字用于与客户端通信

（8）显示客户端信息
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() 将二进制 IP 地址转换为可读字符串

  2. ntohs() 将网络字节序的端口转换为主机字节序

2、Client
（1）头文件与库引入
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;

  1. winsock2.h 是 Winsock 编程的核心头文件，包含了大部分套接字函数和数据结构的定义

  2. ws2tcpip.h 提供 IP 地址转换等功能

  3. iostream 标准输入输出

  4. #pragma comment 指令用于链接 ws2_32.lib 库

  5. using namespace 启用命名空间 std

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

  1. socket() 用于创建套接字，失败时返回 INVALID_SOCKET

  2. AF_INET 表示使用 IPv4 地址族，SOCK_STREAM 表示面向连接的 TCP 套接字，IPPROTO_TCP 表示指定 TCP 协议

  3. 失败时调用 WSAGetLastError() 获取错误代码，然后调用 WSACleanup() 释放资源

（4）设置服务端地址
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 结构用于指定服务器地址信息

  2. sin_family 表示地址族（IPv4），sin_port 表示端口号（使用 htons 将主机字节序转换为网络字节序），sin_addr 使用 inet_pton 将字符串 IP 转换为二进制格式

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

  1. connect() 发起连接，如果成功，返回 0，否则，返回 SOCKET_ERROR

  2. 失败时调用 WSAGetLastError() 获取错误代码，然后调用 closesocket() 关闭现有套接字，然后调用 WSACleanup() 释放资源

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