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c++开发实战之网络编程（一）

article 2024/11/15 18:39:08

C++ 网络编程可以使用多种库和技术，可以使用标准的 Berkeley Sockets API 来编写跨平台的 C++ 网络编程代码。通过使用不同的系统头文件和函数，我们可以实现一个 Linux 和 Windows 兼容的客户端和服务器。以下示例展示了如何使用 Berkeley Sockets 在 Linux 和 Windows 上实现 TCP 通信。

在 Windows 上，你需要使用 Winsock2，而在 Linux 上使用标准的 POSIX Sockets API。

1. 编写跨平台代码的注意事项

在编写跨平台代码时，主要需要处理以下问题：

头文件：Linux 和 Windows 的头文件不同，Windows 需要包含 Winsock2.h 和初始化 Winsock。
网络库的链接：在 Windows 上需要链接 Ws2_32.lib。
系统特有函数：如 close() 和 closesocket() 的差异。

2. 服务器代码（支持 Linux 和 Windows）

#include <iostream>
#include <cstring>

// 处理跨平台的头文件和函数差异
#ifdef _WIN32
    #include <winsock2.h>
    #pragma comment(lib, "ws2_32.lib") // Winsock 库
    typedef int socklen_t;
#else
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <unistd.h>
    #define closesocket close
#endif

const int PORT = 8080;
const int BUFFER_SIZE = 1024;

void initialize_sockets()
{
#ifdef _WIN32
    WSADATA wsa;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
    {
        std::cerr << "Failed to initialize Winsock" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
#endif
}

void cleanup_sockets()
{
#ifdef _WIN32
    WSACleanup();
#endif
}

int main()
{
    initialize_sockets();

    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 创建套接字
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1)
    {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    // 初始化服务器地址结构
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定套接字到端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
    {
        std::cerr << "Bind failed" << std::endl;
        closesocket(server_fd);
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0)
    {
        std::cerr << "Listen failed" << std::endl;
        closesocket(server_fd);
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    std::cout << "Server listening on port " << PORT << std::endl;

    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);

    // 接受客户端连接
    new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len);
    if (new_socket < 0)
    {
        std::cerr << "Accept failed" << std::endl;
        closesocket(server_fd);
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    // 读取客户端消息
    int valread = recv(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
    if (valread > 0)
    {
        std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;
    }

    // 发送回应
    const char *response = "Hello from server";
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);

    std::cout << "Response sent to client" << std::endl;

    // 关闭套接字
    closesocket(new_socket);
    closesocket(server_fd);

    cleanup_sockets();
    return 0;
}

3. 客户端代码（支持 Linux 和 Windows）

#include <iostream>
#include <cstring>

// 处理跨平台的头文件和函数差异
#ifdef _WIN32
    #include <winsock2.h>
    #pragma comment(lib, "ws2_32.lib") // Winsock 库
    typedef int socklen_t;
#else
    #include <arpa/inet.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <unistd.h>
    #define closesocket close
#endif

const int PORT = 8080;
const char *SERVER_IP = "127.0.0.1";
const int BUFFER_SIZE = 1024;

void initialize_sockets()
{
#ifdef _WIN32
    WSADATA wsa;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
    {
        std::cerr << "Failed to initialize Winsock" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
#endif
}

void cleanup_sockets()
{
#ifdef _WIN32
    WSACleanup();
#endif
}

int main()
{
    initialize_sockets();

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0)
    {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将 IP 地址转换为网络格式
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0)
    {
        std::cerr << "Invalid address/Address not supported" << std::endl;
        closesocket(sock);
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
    {
        std::cerr << "Connection failed" << std::endl;
        closesocket(sock);
        cleanup_sockets();
        return -1;
    }

    // 发送消息给服务器
    const char *message = "Hello from client";
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    std::cout << "Message sent to server" << std::endl;

    // 接收服务器的回应
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    int valread = recv(sock, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
    if (valread > 0)
    {
        std::cout << "Response from server: " << buffer << std::endl;
    }

    // 关闭套接字
    closesocket(sock);

    cleanup_sockets();
    return 0;
}

4. 编译与运行

Linux 上编译

在 Linux 上可以使用 g++ 编译：

g++ -o server server.cpp
g++ -o client client.cpp

Windows 上编译

在 Windows 上使用 MinGW 或 Visual Studio 进行编译。

MinGW 编译：使用 MinGW 的 g++ 时需要链接 Ws2_32.lib：

g++ -o server server.cpp -lws2_32
g++ -o client client.cpp -lws2_32

Visual Studio 编译：
- 创建新项目并添加源文件。
- 确保链接 Ws2_32.lib。
5. 代码说明
跨平台支持：
- 使用 #ifdef _WIN32 来区分 Windows 和 Linux 平台。
- 在 Windows 上初始化和清理 Winsock，使用 WSAStartup() 和 WSACleanup() 函数。
服务器端：
- 服务器使用 socket()、bind()、listen()、accept() 等函数来建立连接。
- 一旦客户端连接上，服务器接收消息并发送响应。

服务器端：
- 使用 socket() 创建 TCP 套接字。
- 使用 bind() 将套接字绑定到特定的端口。
- 使用 listen() 开始监听连接。
- 使用 accept() 接受客户端连接并与其通信。
- 使用 read() 和 send() 接收客户端数据和发送响应。
客户端：
- 使用 socket() 创建 TCP 套接字。
- 使用 connect() 连接到服务器。
- 使用 send() 向服务器发送消息。
- 使用 read() 接收服务器的回应。

这些示例展示了基本的 TCP 网络通信。在生产环境中，你还需要处理更多的异常情况和错误处理，比如超时、并发连接等。

6. 注意事项

这段代码是同步的，适用于简单的网络通信。如果要支持并发或异步通信，可以使用线程或异步 I/O。
处理错误情况，例如 recv() 返回 0（表示连接已关闭）和超时等。
- 客户端：
  - 客户端使用 socket() 和 connect() 连接到服务器。
  - 发送消息给服务器并接收服务器的回应。