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Windows+Linux平台Socket底层封装

Home / C++ MrLee 2018-4-27 5896

一、Socket通讯的基础知识

Socket通讯是两个计算机之间最基本的通讯方法，有TCP和UDP两种协议。关于这两种协议的区别，不少文章已有详述，这里，稍微总结一下：

1.TCP是面向连接的，是“流”式的，意即通讯两端建立了一个“数码流管”，该流无头无尾，接收端保证接收顺序，但不保证包的分割。

2.UDP是面向无连接的，是“包”式的，意即通讯两端自由发送数据包，接收端不保证接收顺序，但保证包的分割与发送端一致。

正是基于上述二者的不同，在编程上，它们的区别如下：对TCP连接，服务器端过程（bind->listen->accept->send/receive)与客户端不相同(connect->send/receive)，对UDP连接，二者似乎更对等一些（服务器端仅需要bind）。

二、socket在windows下和linux下的区别

一些文章也已涉及，这里，也是综合一下，并加上自己的理解。

项目	Windows	Linux
主要头文件	winsock.h/winsock2.h	sys/socket.h fcntl.h errno.h
链接库	ws2_32.dll/lib	连接是使用参数：-lstdc 运行时需要libstdc++.so.5，可在/usr/lib目录中创建一个链接。
初始化及退出	初始化需要调用WSAStartup，退出需调用WSACleanup	无
关闭Socket	closesocket	与文件操作相同close
Socket类型	SOCKET	与文件句柄相同int
错误查看	WSAGetLastError	全局变量errno
设置非阻塞模式	int i=1 ioctlsocket(sockethandle,FIONBIO,&i)	fcntl(ockethandle,F_SETFL, O_NONBLOCK)
send/recv函数最后一个参数	一般设置为0	可以有多种组合：MSG_NOSIGNAL，MSG_DONTWAIT，MSG_WAITALL
send的异常		当连接断开，还发数据的时候，不仅send()的返回值会有反映，而且还会像系统发送一个异常消息，如果不作处理，程序会退出。为此，send()函数的最后一个参数可以设置MSG_NOSIGNAL，禁止send()函数向系统发送异常消息。
WSA宏	除了可以使用标准的socket函数外，微软自己有许多以WSA开始的函数，作为对标准socket函数的封装（可能微软感觉这些函数更好用一些吧）

三、跨平台的Socket辅助程序

以下给出源代码。

sock_wrap.h代码如下，其中用到了platform.h，定义_WIN32_PLATFROM_和_LINUX_PLATFROM_两个宏。代码可能有一定的改动。

sock_wrap.h

#ifndef _SOCK_WRAP_H_
#define _SOCK_WRAP_H_
/*windows*/
#define _WIN32_PLATFORM_
/*linux*/
//#define _LINUX_PLATFROM_
#if defined(_WIN32_PLATFORM_)
#include <winsock2.h>
typedef SOCKET HSocket;
#endif
#if defined (_LINUX_PLATFORM_)
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
typedef int HSocket;
#define SOCKET_ERROR  (-1)
#define INVALID_SOCKET  0
#endif
typedef struct
{
    int block;
    int sendbuffersize;
    int recvbuffersize;
    int lingertimeout;
    int recvtimeout;
    int sendtimeout;
} socketoption_t;
typedef struct
{
   int nbytes;
   int nresult;
} transresult_t;
int InitializeSocketEnvironment();
void FreeSocketEnvironment();
void GetAddressFrom(sockaddr_in *addr, const char *ip, int port);
void GetIpAddress(char *ip, sockaddr_in *addr);
bool IsValidSocketHandle(HSocket handle);
int GetLastSocketError();
HSocket SocketOpen(int tcpudp);
void SocketClose(HSocket &handle);
int SocketBlock(HSocket hs, bool bblock);
int SocketTimeOut(HSocket hs, int recvtimeout, int sendtimeout, int lingertimeout);
int SocketConnect(HSocket hs, sockaddr_in *paddr);
int SocketBind(HSocket hs, int port);
HSocket SocketAccept(HSocket hs, sockaddr_in *addr);
int SocketListen(HSocket hs, int maxconn);
void SocketSend(HSocket hs, const char *ptr, int nbytes, transresult_t &rt);
void SocketRecv(HSocket hs, char *ptr, int nbytes, transresult_t &rt);
void SocketTryRecv(HSocket hs, char *ptr, int nbytes, int milliseconds, transresult_t &rt);
void SocketTrySend(HSocket hs, const char *ptr, int nbytes, int milliseconds, transresult_t &rt);
void SocketClearRecvBuffer(HSocket hs);
class CSockWrap
{
public:
    CSockWrap(int tcpudp);
    ~CSockWrap();
    void SetAddress(const char *ip, int port);
    void SetAddress(sockaddr_in *addr);
    int SetTimeOut(int recvtimeout, int sendtimeout, int lingertimeout);
    int SetBufferSize(int recvbuffersize, int sendbuffersize);
    int SetBlock(bool bblock);
    HSocket  GetHandle () { return m_hSocket;}
    void Reopen(bool bForceClose);
    int Connect();
    void Close();
    transresult_t Send(void *ptr, int nbytes);
    transresult_t Recv(void *ptr, int nbytes );
    transresult_t TrySend(void *ptr, int nbytes, int milliseconds);
    transresult_t TryRecv(void *ptr, int nbytes, int  milliseconds );
    void ClearRecvBuffer();
    HSocket  m_hSocket;
protected:
    
    sockaddr_in m_stAddr;
    int m_tcpudp;
};
#endif

sock_wrap.cpp

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "sock_wrap.h"
#define INVALIDSOCKHANDLE   INVALID_SOCKET
#if defined(_WIN32_PLATFORM_)
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#define ISSOCKHANDLE(x)  (x!=INVALID_SOCKET)
#define BLOCKREADWRITE      0
#define NONBLOCKREADWRITE   0
#define SENDNOSIGNAL        0
#define ETRYAGAIN(x)     (x==WSAEWOULDBLOCK||x==WSAETIMEDOUT)
#define gxsprintf   sprintf_s
#endif
#if defined(_LINUX_PLATFORM_)
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#define ISSOCKHANDLE(x)    (x>0)
#define BLOCKREADWRITE      MSG_WAITALL
#define NONBLOCKREADWRITE   MSG_DONTWAIT
#define SENDNOSIGNAL        MSG_NOSIGNAL
#define ETRYAGAIN(x)        (x==EAGAIN||x==EWOULDBLOCK)
#define gxsprintf           snprintf
#endif
//配置地址
void GetAddressFrom(sockaddr_in *addr, const char *ip, int port)
{
    memset(addr, 0, sizeof(sockaddr_in));
    addr->sin_family = AF_INET;            /*地址类型为AF_INET*/
    if(ip)
    {
        addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    }
    else
    {
        /*网络地址为INADDR_ANY，这个宏表示本地的任意IP地址，因为服务器可能有多个网卡，每个网卡也可能绑定多个IP地址，
        这样设置可以在所有的IP地址上监听，直到与某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个IP地址*/
        addr->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    }
    addr->sin_port = htons(port);   /*端口号*/
}
//得到字符串形式的IP地址
void GetIpAddress(char *ip, sockaddr_in *addr)
{
    unsigned char *p =(unsigned char *)( &(addr->sin_addr));
    gxsprintf(ip, 17, "%u.%u.%u.%u", *p,*(p+1), *(p+2), *(p+3) );
}
//得到错误代码
int GetLastSocketError()
{
#if defined(_WIN32_PLATFORM_)
    return WSAGetLastError();
#endif
#if defined(_LINUX_PLATFORM_)
    return errno;
#endif
}
//判断是否是Socket
bool IsValidSocketHandle(HSocket handle)
{
    return ISSOCKHANDLE(handle);
}
//关闭Socket
void SocketClose(HSocket &handle)
{
    if(ISSOCKHANDLE(handle))
    {
        #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
                closesocket(handle);
        #endif
        #if defined(_LINUX_PLATFORM_)
                close(handle);
        #endif
        handle = INVALIDSOCKHANDLE;
    }
}
//根据协议类型打开Socket
HSocket SocketOpen(int tcpudp)
{
    int protocol = 0;
    HSocket hs;
    #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
        if(tcpudp== SOCK_STREAM) protocol=IPPROTO_TCP;
        else if (tcpudp== SOCK_DGRAM) protocol = IPPROTO_UDP;
    #endif
    hs = socket(AF_INET, tcpudp, protocol);
    return hs;
}
//连接Socket
int SocketConnect(HSocket hs, sockaddr_in *paddr)
{
    return connect(hs,(struct sockaddr *)paddr,sizeof(sockaddr_in));
}
//绑定Socket
int SocketBind(HSocket hs, int port)
{
	sockaddr_in sin;    
	sin.sin_family = AF_INET;    
	sin.sin_port = htons(port);    
	sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
    return bind(hs, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sockaddr_in));
}
//监听Socket
int SocketListen(HSocket hs, int maxconn)
{
    return listen(hs,maxconn);
}
//接收Socket
HSocket SocketAccept(HSocket hs, sockaddr_in *paddr)
{
    #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
        int cliaddr_len = sizeof(sockaddr_in);
    #endif
    #if defined(_LINUX_PLATFORM_)
        socklen_t cliaddr_len = sizeof(sockaddr_in);
    #endif
    return accept(hs, (struct sockaddr *)paddr, &cliaddr_len);
}
//
// if timeout occurs, nbytes=-1, nresult=1
// if socket error, nbyte=-1, nresult=-1
// if the other side has disconnected in either block mode or nonblock mode, nbytes=0, nresult=-1
// otherwise nbytes= the count of bytes sent , nresult=0
//发送
void SocketSend(HSocket hs, const char *ptr, int nbytes, transresult_t &rt)
{
    rt.nbytes = 0;
    rt.nresult = 0;
    if(!ptr|| nbytes<1) return;
    //Linux: flag can be MSG_DONTWAIT, MSG_WAITALL, 使用MSG_WAITALL的时候, socket 必须是处于阻塞模式下，否则WAITALL不能起作用
    rt.nbytes = send(hs, ptr, nbytes, BLOCKREADWRITE|SENDNOSIGNAL);
    if(rt.nbytes>0)
    {
        rt.nresult = (rt.nbytes == nbytes)?0:1;
    }
    else if(rt.nbytes==0)
    {
       rt.nresult=-1;
    }
    else
    {
        rt.nresult = GetLastSocketError();
        rt.nresult = ETRYAGAIN(rt.nresult)? 1:-1;
    }
}
// if timeout occurs, nbytes=-1, nresult=1
// if socket error, nbyte=-1, nresult=-1
// if the other side has disconnected in either block mode or nonblock mode, nbytes=0, nresult=-1
//接收
void SocketRecv(HSocket hs, char *ptr, int nbytes, transresult_t &rt)
{
    rt.nbytes = 0;
    rt.nresult = 0;
    if(!ptr|| nbytes<1) return;
    rt.nbytes = recv(hs, ptr, nbytes, BLOCKREADWRITE);
    if(rt.nbytes>0)
    {
        return;
    }
    else if(rt.nbytes==0)
    {
       rt.nresult=-1;
    }
    else
    {
        rt.nresult = GetLastSocketError();
        rt.nresult = ETRYAGAIN(rt.nresult)? 1:-1;
    }
}
//  nbytes= the count of bytes sent
// if timeout occurs, nresult=1
// if socket error,  nresult=-1,
// if the other side has disconnected in either block mode or nonblock mode, nresult=-2
void SocketTrySend(HSocket hs, const char *ptr, int nbytes, int milliseconds, transresult_t &rt)
{
    rt.nbytes = 0;
    rt.nresult = 0;
    if(!ptr|| nbytes<1) return;
    int n;
    while(1)
    {
        n = send(hs, ptr+rt.nbytes, nbytes, NONBLOCKREADWRITE|SENDNOSIGNAL);
        if(n>0)
        {
            rt.nbytes += n;
            nbytes -= n;
            if(rt.nbytes >= nbytes) {    rt.nresult = 0;  break; }
        }
        else if( n==0)
        {
            rt.nresult= -2;
            break;
        }
        else
        {
            n = GetLastSocketError();
            if(ETRYAGAIN(n))
            {
            }
            else
            {
                rt.nresult = -1;
                break;
            }
        }
    }
}
// if timeout occurs, nbytes=-1, nresult=1
// if socket error, nbyte=-1, nresult=-1
// if the other side has disconnected in either block mode or nonblock mode, nbytes=0, nresult=-1
void SocketTryRecv(HSocket hs, char *ptr, int nbytes, int milliseconds, transresult_t &rt)
{
    rt.nbytes = 0;
    rt.nresult = 0;
    if(!ptr|| nbytes<1) return;
    if(milliseconds>2)
    {
        while(1)
        {
            rt.nbytes = recv(hs, ptr, nbytes, NONBLOCKREADWRITE);
            if(rt.nbytes>0)
            {
               break;
            }
            else if(rt.nbytes==0)
            {
                rt.nresult = -1;
                break;
            }
            else
            {
                rt.nresult = GetLastSocketError();
                if( ETRYAGAIN(rt.nresult))
                {
                }
                else
                {
                    rt.nresult = -1;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    else
    {
        SocketRecv(hs, ptr, nbytes, rt);
    }
}
//清理接收缓存
void SocketClearRecvBuffer(HSocket hs)
{
    #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
        struct timeval tmOut;
        tmOut.tv_sec = 0;
        tmOut.tv_usec = 0;
        fd_set    fds;
        FD_ZERO(&fds);
        FD_SET(hs, &fds);
        int   nRet = 1;
        char tmp[100];
        while(nRet>0)
        {
            //检查是否可读
            nRet= select(FD_SETSIZE, &fds, NULL, NULL, &tmOut);
            if(nRet>0)
            {
               nRet = recv(hs, tmp, 100,0);
            }
        }
        
    #endif
    #if defined(_LINUX_PLATFORM_)
       char tmp[100];
       while(recv(hs, tmp, 100, NONBLOCKREADWRITE)> 0);
    #endif
}
//设置Socket阻塞或非阻塞模式
int SocketBlock(HSocket hs, bool bblock)
{
    unsigned long mode;
    if( ISSOCKHANDLE(hs))
    {
        #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
                mode = bblock?0:1;
                /*
                控制套接口的模式:
                FIONBIO:允许或禁止套接口s的非阻塞模式
                FIONREAD:确定套接口s自动读入的数据量
                SIOCATMARK:确实是否所有的带外数据都已被读入
                */
                return ioctlsocket(hs,FIONBIO,&mode);
        #endif
        #if defined(_LINUX_PLATFORM_)
                mode = fcntl(hs, F_GETFL, 0);                  //获取文件的flags值。
                //设置成阻塞模式      非阻塞模式
                return bblock?fcntl(hs,F_SETFL, mode&~O_NONBLOCK): fcntl(hs, F_SETFL, mode | O_NONBLOCK);
        #endif
    }
    return -1;
}
//Socket超时设置
int SocketTimeOut(HSocket hs, int recvtimeout, int sendtimeout, int lingertimeout)   //in milliseconds
{
    int rt=-1;
    if (ISSOCKHANDLE(hs) )
    {
        rt=0;
        #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
                if(lingertimeout>-1)
                {
                    struct linger  lin;
                    lin.l_onoff = lingertimeout;
                    lin.l_linger = lingertimeout ;
                    rt = setsockopt(hs,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,(const char*)&lin,sizeof(linger)) == 0 ? 0:0x1;
                }
                if(recvtimeout>0 && rt == 0)
                {
                    rt = rt | (setsockopt(hs,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,(char *)&recvtimeout,sizeof(int))==0?0:0x2);
                }
                if(sendtimeout>0 && rt == 0)
                {
                    rt = rt | (setsockopt(hs,SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char *)&sendtimeout,sizeof(int))==0?0:0x4);
                }
        #endif
        #if defined(_LINUX_PLATFORM_)
           struct timeval timeout;
                if(lingertimeout>-1)
                {
                    struct linger  lin;
                    lin.l_onoff = lingertimeout>0?1:0;
                    lin.l_linger = lingertimeout/1000 ;
                    rt = setsockopt(hs,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(const char*)&lin,sizeof(linger)) == 0 ? 0:0x1;
                }
                if(recvtimeout>0 && rt == 0)
                {
                    timeout.tv_sec = recvtimeout/1000;
                    timeout.tv_usec = (recvtimeout % 1000)*1000;
                    rt = rt | (setsockopt(hs,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,&timeout,sizeof(timeout))==0?0:0x2);
                }
                if(sendtimeout>0 && rt == 0)
                {
                    timeout.tv_sec = sendtimeout/1000;
                    timeout.tv_usec = (sendtimeout % 1000)*1000;
                    rt = rt | (setsockopt(hs,SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout,sizeof(timeout))==0?0:0x4);
                }
        #endif
    }
    return rt;
}
//初始化Socket
int InitializeSocketEnvironment()
{
    #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
        WSADATA  Ws;
        //Init Windows Socket
        if ( WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &Ws) != 0 )
        {
            return -1;
        }
    #endif
    return 0;
}
//释放Socket
void FreeSocketEnvironment()
{
#if defined(_WIN32_PLATFORM_)
    WSACleanup();
#endif
}
//==============================================================================================================
//================================================================================================================
CSockWrap::CSockWrap(int tcpudp)
{
    memset(&m_stAddr, 0, sizeof(sockaddr_in));
    m_tcpudp = tcpudp;
    m_hSocket = INVALIDSOCKHANDLE;
    Reopen(false);
}
CSockWrap::~CSockWrap()
{
    SocketClose(m_hSocket);
}
void CSockWrap::Reopen(bool bForceClose)
{
    if (ISSOCKHANDLE(m_hSocket) && bForceClose) SocketClose(m_hSocket);
    if (!ISSOCKHANDLE(m_hSocket) )
    {
        m_hSocket=SocketOpen(m_tcpudp);
    }
}
void CSockWrap::SetAddress(const char *ip, int port)
{
    GetAddressFrom(&m_stAddr, ip, port);
}
void CSockWrap::SetAddress(sockaddr_in *addr)
{
    memcpy(&m_stAddr, addr, sizeof(sockaddr_in));
}
int CSockWrap::SetTimeOut(int recvtimeout, int sendtimeout, int lingertimeout)   //in milliseconds
{
  return SocketTimeOut(m_hSocket, recvtimeout, sendtimeout, lingertimeout);
}
int CSockWrap::SetBufferSize(int recvbuffersize, int sendbuffersize)   //in bytes
{
    int rt=-1;
    if (ISSOCKHANDLE(m_hSocket) )
    {
        #if defined(_WIN32_PLATFORM_)
                if(recvbuffersize>-1)
                {
                    rt = setsockopt( m_hSocket, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, ( const char* )&recvbuffersize, sizeof( int ) );
                }
                if(sendbuffersize>-1)
                {
                    rt = rt | (setsockopt(m_hSocket,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char *)&sendbuffersize,sizeof(int))==0?0:0x2);
                }
        #endif
    }
    return rt;
}
int CSockWrap::SetBlock(bool bblock)
{
    return SocketBlock(m_hSocket, bblock);
}
int CSockWrap::Connect()
{
    return SocketConnect(m_hSocket,&m_stAddr);
}
transresult_t CSockWrap::Send(void *ptr, int nbytes)
{
    transresult_t rt;
    SocketSend(m_hSocket, (const char *)ptr, nbytes,rt);
    return rt;
}
transresult_t CSockWrap::Recv(void *ptr, int nbytes )
{
    transresult_t rt;
    SocketRecv(m_hSocket, (char *)ptr, nbytes,rt);
    return rt;
}
transresult_t CSockWrap::TrySend(void *ptr, int nbytes, int milliseconds)
{
    transresult_t rt;
    SocketTrySend(m_hSocket, (const char *)ptr, nbytes,milliseconds, rt);
    return rt;
}
transresult_t CSockWrap::TryRecv(void *ptr, int nbytes, int  milliseconds )
{
    transresult_t rt;
    SocketTryRecv(m_hSocket, (char *)ptr, nbytes,milliseconds, rt);
    return rt;
}
void CSockWrap::ClearRecvBuffer()
{
    SocketClearRecvBuffer(m_hSocket);
}

下面是测试代码

static UINT ClientThread(LPVOID pVoid)
{
	HSocket client;
	client = SocketOpen(SOCK_STREAM);
	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 (SocketConnect(client,&serAddr)  == SOCKET_ERROR)
	{
		AfxMessageBox(L"连接失败");
		SocketClose(client);
		return -1;
	}
	int buf_size = 1280*720*4+12;
	char *buf = new char[buf_size];
	while (TRUE)
	{
		memset(buf,0,buf_size);
		transresult_t tt;
		SocketRecv(client,buf,buf_size,tt);
		test(buf);
		//OutputDebugStringA(buf);
	}
	AfxMessageBox(L"End");
	return 0;
}
void CMFCDemoDlg::OnBnClickedButton1()
{
	// TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
	DWORD dwThreadId;
	HANDLE thread = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ClientThread,this,0,&dwThreadId);
	CloseHandle(thread);
}
static UINT ServerThread(LPVOID pVoid)
{
	HSocket server = SocketOpen(SOCK_STREAM);
	//绑定IP和端口    
	SocketBind(server,8888);
	SocketListen(server,5);
	OutputDebugStringA("等待连接...\n");
	while(true)
	{
		sockaddr_in remoteAddr;
		HSocket client = SocketAccept(server,&remoteAddr);
		if(client == INVALID_SOCKET)continue;
		OutputDebugStringA("有客户端连接\n");
		for (int i=0;i<10;i++)
		{
			transresult_t tt;
			char msg[12] = {0};
			int w = 12;
			int h = 22;
			int sum = 12312;
			memcpy(msg,&w,4);
			memcpy(msg+4,&h,4);
			memcpy(msg+8,&sum,4);
			SocketSend(client,msg,12,tt);
			Sleep(1000);
		}
	}
	return 0;
}
void CMFCDemoDlg::OnBnClickedButton2()
{
	// TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
	DWORD dwThreadId;
	HANDLE thread = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ServerThread,NULL,0,&dwThreadId);
	CloseHandle(thread);
}

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