C/C++ 实现Socket交互式服务端
在 Windows 操作系统中,原生提供了强大的网络编程支持,允许开发者使用 Socket API 进行网络通信,通过 Socket API,开发者可以创建、连接、发送和接收数据,实现网络通信。本文将深入探讨如何通过调用原生网络 API 实现同步远程通信,并介绍了一个交互式 Socket 类的封装,提升了编写交互式服务器的便利性。
1. 交互式套接字类
为了更好地利用原生网络 API,我们引入了一个交互式 Socket 类的封装。这个类抽象了底层的网络细节,提供了简单而强大的接口,使得服务器端的交互式功能更容易实现。我们将详细介绍这个类的设计和使用方法。
MySocket
类是一个 C++ 套接字类,封装了在 Windows 平台上使用原生网络 API 进行同步远程通信的基本功能,该类需要使用多字节编码模式,服务端与客户端均需要引入此类,在项目头文件中均需要新建MySocket.hpp
文件。
完整代码如下所示;
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以下是对该类的概括:
- 类名:
MySocket
- 功能:提供了基本的网络通信功能,包括创建套接字、获取对端和本机的信息、接受客户端连接、连接服务端、监听连接请求、发送和接收数据。
- 成员变量:
SOCKET m_hSocket
:套接字句柄,用于标识一个套接字。
- 成员函数:
Create
:创建套接字,并可指定类型、本地端口和地址。Accept
:接受客户请求,返回连接的套接字。Connection
:连接到服务端。Listen
:开始监听连接请求。Send
:逐条发送数据。SendTo
:发送整个缓冲区到指定地址。Receive
:逐条接收数据。ReceiveFrom
:接收整个缓冲区,并获取发送端地址和端口。Close
:关闭套接字。
- 初始化和清理:
- 构造函数
MySocket
:初始化 Winsock 库和套接字句柄。 - 析构函数
~MySocket
:关闭套接字。
- 构造函数
- 使用注意事项:
- 适用于简单的同步网络通信场景。
该类提供了一些基本的网络编程功能,适合用于创建简单的服务器端和客户端。需注意,这是一个同步实现的套接字类,适用于一些较为简单的网络通信需求。
2. 实现简单的通信
通过具体的代码示例,我们将演示如何使用交互式 Socket 类在 Windows 操作系统上实现同步远程通信。代码将包括服务器端和客户端的实现,以及它们之间的交互过程。通过这些示例,读者将更好地理解如何在实际项目中应用这些概念。
2.1 服务端流程
如下代码是一个简单的服务端程序,通过 MySocket
类建立基于 TCP 协议的服务器,通过sock.Create()
创建套接字,然后通过sock.Accept()
接收套接字,当有新的套接字连入时自动调用_beginthread()
函数开启一个子线程维持套接字的运行,每一个子线程内部则都由ClientPro()
函数来实现交互。
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以下是对该代码的概括:
- 功能:实现一个简单的基于 TCP 的服务器,监听指定端口(8233),接受客户端连接,创建一个线程处理每个客户端的会话。
- 主要函数和过程:
ClientPro
函数:处理每个客户端的会话。向客户端发送欢迎消息,接收客户端发送的命令,根据不同的命令执行相应的操作,并向客户端发送响应。该函数通过多线程在后台运行,使得服务器能够同时处理多个客户端。main
函数:在主线程中创建MySocket
类实例sock
,并调用Create
函数创建服务器套接字。然后,通过Listen
函数监听客户端连接。在循环中,通过Accept
函数接受客户端连接,并为每个客户端创建一个新线程,用于处理客户端的会话。
- 通信协议:客户端和服务器之间通过简单的文本协议进行通信。客户端发送不同的命令(”list”、”download”、”upload”),服务器接收命令并执行相应的操作,然后向客户端发送响应(”ok”)。
- 线程创建:使用
_beginthread
函数在每个新连接上创建一个线程,用于处理该客户端的会话。
2.2 客户端流程
如下代码是一个简单的客户端程序,通过 MySocket
类实现与服务端的基于 TCP 协议的通信,通过sock.Connection()
建立套接字链接,通过sock.Receive()
接收数据,通过sock.Send()
发送数据,其运行原理与原生套接字写法保持一致。
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以下是对该代码的概括:
- 功能:实现一个基于 TCP 的客户端,连接到指定 IP 地址和端口(
127.0.0.1:8233
),与服务器建立连接后,可以输入命令并发送到服务器,接收并显示服务器的回显。 - 主要函数和过程:
main
函数:在主线程中创建MySocket
类实例sock
,并调用Create
函数创建客户端套接字。然后,通过Connection
函数连接到服务器。接着,通过Receive
函数接收服务器发送的欢迎消息,并显示在控制台。- 在一个无限循环中,通过标准输入接收用户输入的命令,将命令发送到服务器,然后接收并显示服务器的回显。
- 通信协议:客户端和服务器之间通过简单的文本协议进行通信。客户端发送用户输入的命令,服务器执行命令并将结果回显给客户端。
- 输入循环:通过一个无限循环,不断接收用户输入的命令,并发送到服务器。如果用户输入空命令,程序会跳转回
input
标签重新接收输入。 - 错误处理:在连接服务器失败时,通过
GetLastError()
输出详细错误信息。 - 关闭套接字:在程序结束时,通过
sock.Close()
关闭套接字。
依次运行服务端和客户端,然后当客户端连接成功后此时的服务端即可收到连接请求,此时客户端可以执行各类简单的命令,如下图所示;
3.实现登录服务器
上述代码只是一个简单的演示案例,用来演示如何使用套接字编写交互程序,如下我们将继续完善这段代码,实现一个简单的带有登录功能的登录服务器程序,使用户可以在执行命令前具备简单的登录认证功能。
3.1 服务端流程
如下代码是一个简单的基于 Windows 的多线程服务器程序,通过 MySocket
类实现与客户端的基于 TCP 协议的通信,在交互模式下用户可输入多种命令,登录登出以及登陆后的命令执行功能。
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以下是对该代码的概括:
- 功能:
- 通过
MySocket
类实现基于 TCP 协议的多线程服务器,可以处理多个客户端的连接。 - 实现了用户登录验证功能,支持用户登录、登出和查看本机文件列表的操作。
- 通过
- 主要结构和功能:
- 登录状态记录结构体 (
loginPool
):记录用户登录状态,包括用户名和套接字 ID。 - 用户登录验证相关函数:
is_login
:检查指定套接字 ID 是否已登录。login
:验证用户名和密码,如果验证通过则将用户信息加入登录池。logout
:根据套接字 ID 从登录池中移除用户。
- **子线程主要处理函数
ClientPro
**:- 初始化后发送欢迎消息给客户端。
- 接收客户端命令,处理用户登录、登出和查看本机文件列表的请求。
- 针对不同的命令进行相应的处理和回复。
- **主线程
main
**:- 创建服务器套接字,并通过
Create
函数创建服务器套接字。 - 获取本机信息,包括 IP 地址和端口,并显示在控制台。
- 通过
Listen
函数监听客户端连接。 - 接受客户端连接,创建子线程处理每个客户端连接。
- 创建服务器套接字,并通过
- 登录状态记录结构体 (
- 通信协议:服务器与客户端之间通过简单的文本协议进行通信,支持用户登录、登出和查看本机文件列表的操作。
- 多线程处理:通过
_beginthread
创建子线程处理每个客户端的连接,实现了多客户端并发处理。 - 用户登录验证:支持用户登录验证功能,通过用户名和密码验证用户身份,记录登录状态,处理用户登录、登出的请求。
3.2 客户端流程
如下代码是一个基于 Windows 的客户端程序,通过 MySocket
类实现与服务器的基于 TCP 协议的通信。
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以下是对该代码的概括:
- 功能:
- 通过
MySocket
类实现基于 TCP 协议的客户端,可以与服务器进行通信。 - 支持用户通过命令行输入与服务器进行简单的交互,包括登录、登出和查看本机文件列表的操作。
- 通过
- 主要结构和功能:
- 用户交互循环:
- 使用一个循环,通过命令行输入命令,将命令发送给服务器,并根据服务器的回应进行相应的操作。
- 支持登录、登出和查看本机文件列表的操作。
- 命令处理:
- 对用户输入的不同命令,通过
sock.Send
将命令发送给服务器,并通过sock.Receive
接收服务器的回应。 - 具体命令包括登录、登出和查看本机文件列表。
- 对用户输入的不同命令,通过
- 登录交互:
- 当用户输入 “login” 命令时,程序会提示用户输入用户名和密码,并将输入的用户名和密码发送给服务器进行登录验证。
- 接收服务器的回应,输出相应的登录状态信息。
- 登出交互:
- 当用户输入 “logout” 命令时,程序向服务器发送登出命令,接收服务器的回应并输出相应的信息。
- 查看本机文件列表交互:
- 当用户输入 “list” 命令时,程序向服务器发送查看本机文件列表的命令,接收服务器的回应并输出相应的信息。
- 如果用户未登录,则输出 “请先登录” 提示,并继续等待用户输入。
- 用户交互循环:
- 通信协议:客户端与服务器之间通过简单的文本协议进行通信,服务器回应的信息通过控制台输出。
与之前的程序不同,这段代码增加了简单的用户认证模式,当用户直接执行命令时则会提示客户端请先登录,无法执行命令;
此时通过login
命令,并输入用户名lyshark
密码123123
则会提示已登录,此时就可以执行任意的命令参数了,如下图所示,当结束时还需要使用logout
退出当前会话;