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Cpp网络编程Winsock API

news 来源：原创 2025/8/24 9:04:06

Cpp网络编程Winsock API

作者：blue

时间：2025.3.31

文章目录

Cpp网络编程Winsock API
- **1.服务端**（Server）
- - 1.1初始化网络库
  - 1.2创建套接字对象
  - 1.3设置ip和端口
  - 1.4将套接字对象与ip和端口绑定
  - 1.5设置套接字为监听状态
  - 1.6等待客户端连接
  - 1.7收发数据
  - 1.8关闭连接
- **2.客户端**（Client）
- - 2.1初始化网络库
  - 2.2创建套接字对象
  - 2.3设置要连接的服务端的IP地址和端口号
  - 2.4连接服务端
  - 参数解释
  - 返回值
  - 2.5收发数据
  - 2.6关闭连接

本文是使用Winsock API进行网络编程的具体实例，最终完成一个C/S架构的TCP通信小demo。文章是对笔者自己学习过程的一个复盘。笔者是从大佬写的这篇文章中学习网络编程的Windows上的C++网络编程保姆级教学-CSDN博客

Q：如何使用Winsock API？

A：答案显而易见，导包，但这里的导包和我们平常直接 #include 还要多加一步。为什么呢？

因为在使用 Windows Sockets API 进行网络编程时，需要使用 ws2_32.lib 库，Windows Sockets API 中的函数（如 socket、bind、connect、send、recv 等）的实现都包含在 ws2_32.lib 库中。

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") 是一个预处理器指令，用于在编译时指定链接器需要链接的库文件。

为什么导入 iostream 这种库时不需要类似语句

因为C++ 标准库（如 iostream、vector、string 等）通常是由编译器自动链接的。编译器在安装时会配置好标准库的路径和链接选项，当你使用标准库中的功能时，编译器会自动处理链接过程，无需手动指定链接库文件。

#include <winSock2.h>
#pragma comment(lib,"WS2_32")

有了Windows Sockets API 我们就可以来编写服务端与客户端程序了。

1.服务端（Server）

1.1初始化网络库

Q：为什么要初始化网络库?

A：因为Windows Sockets 网络功能是通过动态链接库（DLL）来实现的，WSAStartup 函数会对 Windows Sockets 库进行初始化操作，设置内部数据结构、分配必要的资源等。只有完成这些初始化步骤，后续的网络操作函数（如 socket、bind、connect 等）才能正常工作。

WSADATA wsaData;这行代码的作用是定义一个WSADATA类型的变量wsaData。WSADATA是一个结构体，在 Windows 套接字编程里，该结构体用于存储 Windows 套接字实现的相关信息，像版本号、描述信息等。
MAKEWORD(2,2)是一个宏，它的作用是创建一个 16 位的字，这个字的低字节代表主版本号，高字节代表副版本号。这里MAKEWORD(2,2)表示请求使用的 Windows 套接字版本是 2.2。
WSAStartup函数会把 Windows 套接字实现的信息填充到wsaData这个结构体里。

//1.初始化网络库
WSADATA wsaData;
if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0) {//等于0代表初始化成功std::cerr << "初始化网络库失败" << std::endl;return 1;
}

1.2创建套接字对象

//socket(协议族，套接字类型，协议)
协议族：AF_INET：代表 IPv4 协议族，AF_INET6：表示 IPv6 协议族套接字类型：SOCK_STREAM：代表面向连接的流式套接字，基于 TCPSOCK_DGRAM：表示无连接的数据报套接字，基于 UDP协议：通常情况下，如果 type 参数已经明确指定了套接字类型，protocol 可以设置为 0，让系统自动选择合适的协议。

//2.创建套接字对象
SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
//检测是不是有效SOCKET对象
if (listenSocket == INVALID_SOCKET) {std::cerr << "SOCKET对象创建失败" << std::endl;WSACleanup();return 1;
}

1.3设置ip和端口

sockaddr和sockaddr_in(Socket Address Internet)。

用于存储网络地址信息，包括协议族类型、IP地址和端口号，其实就是两个结构体用来设置服务端和客户端的IP地址和端口号的，我们最常使用的是sockaddr_in，操作系统内部使用的则是sockaddr。

引用：原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_74027669/article/details/138437305

//3.设置ip和端口
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;//设置协议簇
serverAddr.sin_port = htons(10086);//端口号
//serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr)) <= 0) {std::cerr << "无效地址" << std::endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}

serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

功能：INADDR_ANY 是一个预定义的常量，其值通常表示为 0.0.0.0。当你将 serverAddr.sin_addr.s_addr 设置为 INADDR_ANY 时，意味着服务器套接字会监听服务器上所有可用的网络接口。无论服务器有多少块网卡，每个网卡对应不同的 IP 地址，使用 INADDR_ANY 能让服务端程序接受来自任意网络接口的客户端连接请求。

inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr))

功能：inet_pton 函数的作用是将点分十进制的 IP 地址字符串（如 "127.0.0.1"）转换为适合存储在 in_addr 结构体中的二进制形式。这里将 "127.0.0.1" 转换后赋值给 serverAddr.sin_addr，意味着服务器套接字只会监听本地回环地址（127.0.0.1）对应的网络接口。本地回环地址通常用于在同一台计算机上进行网络通信测试，程序可以通过该地址与自身进行通信。

1.4将套接字对象与ip和端口绑定

int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen);
//bind(套接字描述符，sockaddr结构体指针，结构体大小)

//4.将套接字对象与ip端口进行绑定
if (bind(listenSocket, reinterpret_cast<sockaddr*>(&serverAddr), sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "套接字对象与ip端口绑定失败" << std::endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}

reinterpret_cast 是 C++ 中的一种强制类型转换运算符，它用于将一种类型的指针或引用转换为另一种不相关的类型。在这个表达式中：

&serverAddr 是获取 serverAddr 变量的地址，serverAddr 是 sockaddr_in 类型的变量，用于存储 IPv4 地址和端口信息。
sockaddr* 是目标类型，即 sockaddr 结构体的指针类型。
reinterpret_cast<sockaddr*>(&serverAddr) 的作用是将 serverAddr 的地址从 sockaddr_in* 类型强制转换为 sockaddr* 类型。

1.5设置套接字为监听状态

int listen(SOCKET s, int backlog);
//listen(套接字描述符，等待连接的最大数量)

//5.设置套接字为监听状态
if (listen(listenSocket, 5) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "套接字设置监听状态失败" << std::endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}

1.6等待客户端连接

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
//accept(套接字描述符，sockaddr结构体指针，结构体大小)

addr：

这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，用于存储发起连接请求的客户端的地址信息，包括客户端的 IP 地址和端口号。不同的地址族（如 IPv4、IPv6）对应的具体结构体不同，常见的是 sockaddr_in（用于 IPv4）和 sockaddr_in6（用于 IPv6）。当 accept 函数成功接受一个客户端连接时，会将客户端的地址信息填充到这个结构体中。
当 addr 为 nullptr 时，accept 函数不会尝试填充客户端的地址信息，也就不会使用 addrlen 参数。

//6.等待客户端连接
std::cout << "等待客户端连接" << std::endl;
SOCKET clientSocket = accept(listenSocket,nullptr,nullptr);
if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {std::cerr << "获取到的客户端SOCKET对象无效" << std::endl;closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;
}
std::cout << "连接成功" << std::endl;

1.7收发数据

//7.收发数据
while (true) {//接收char recvBuffer[1024]="";if (recv(clientSocket, recvBuffer, sizeof(recvBuffer), 0) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "接收数据失败" << std::endl;closesocket(clientSocket);closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;}std::cerr << "客户端发来信息：" << recvBuffer << std::endl;//发送std::string message = "hello client";if (send(clientSocket, message.c_str(), message.size(),0) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "向客户端发送信息失败" << std::endl;closesocket(clientSocket);closesocket(listenSocket);WSACleanup();return 1;}
}

recv

int recv(SOCKET s,char   *buf,int    len,int    flags
);

s：参数为 clientSocket，它是一个已建立连接的套接字描述符。对于 TCP 连接而言，这个套接字是通过 accept 函数返回的用于和客户端进行通信的新套接字。服务器借助这个套接字接收客户端发送的数据。
buf：参数为 recvBuffer，这是一个长度为 1024 的字符数组，用来存储接收到的数据。在调用 recv 函数之前，将其初始化为空字符串 ""。
len：参数为 sizeof(recvBuffer)，也就是 recvBuffer 数组的大小，这里是 1024 字节。这表明 recv 函数最多能接收 1024 字节的数据到 recvBuffer 中。
flags：参数为 0，表示采用默认的接收方式。

send

int send(SOCKET s,const char *buf,int len,int flags
);

s：参数为 clientSocket，同样是用于和客户端通信的已建立连接的套接字描述符。服务器通过这个套接字向客户端发送数据。
buf：参数为 message.c_str()，message 是一个 std::string 类型的对象，存储着要发送的消息 "hello client"。c_str() 方法会返回一个指向以空字符结尾的 C 风格字符串的指针，该指针指向存储消息内容的内存地址。
len：参数为 message.size()，表示要发送的消息的长度，也就是 "hello client" 这个字符串的长度。
flags：参数为 0，表示采用默认的发送方式。

1.8关闭连接

WSACleanup()会释放Winsock库所占用的资源，并通知系统不再需要Winsock动态连接库函数。

//8.关闭连接
closesocket(clientSocket);
closesocket(listenSocket);
WSACleanup();

2.客户端（Client）

2.1初始化网络库

//1.初始化网络库
WSADATA wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {std::cerr << "初始化网络库失败" << std::endl;return 1;
}

2.2创建套接字对象

//2.创建SOCKET对象
SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);;
//检测是不是有效SOCKET对象
if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {std::cerr << "SOCKET对象创建失败" << std::endl;WSACleanup();return 1;
}

2.3设置要连接的服务端的IP地址和端口号

注意是服务器的

//3.设置要连接的服务端的IP地址和端口号
sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(10086);
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr)) <= 0) {std::cerr << "无效地址" << std::endl;closesocket(clientSocket);WSACleanup();return 1;
}

2.4连接服务端

//4.连接服务端
if (connect(clientSocket, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "连接服务器失败" << std::endl;closesocket(clientSocket);WSACleanup();return 1;
}

int connect(SOCKET         s,const sockaddr *name,int            namelen
);

参数解释

s：这是一个客户端套接字描述符，也就是通过 socket 函数创建的套接字。此套接字会被用于与服务器建立连接并进行后续的数据通信。在你给出的代码里，clientSocket 就是这个客户端套接字。
name：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体存储着服务器的地址信息，包含服务器的 IP 地址和端口号。由于 sockaddr 是通用的地址结构体，在实际使用时，通常会使用更具体的地址结构体（如 sockaddr_in 用于 IPv4 地址）来设置地址信息，然后再将其指针强制转换为 sockaddr* 类型。在你的代码中，(sockaddr*)&serverAddr 就是将 serverAddr（通常是 sockaddr_in 类型）的地址强制转换为 sockaddr* 类型，serverAddr 里存储着服务器的地址和端口信息。
namelen：这是 name 所指向的 sockaddr 结构体的长度，通常使用 sizeof(serverAddr) 来获取。这个参数告知 connect 函数地址结构体的大小。

返回值

若 connect 函数调用成功，会返回 0，表示客户端已成功与服务器建立连接。
若调用失败，会返回 SOCKET_ERROR

2.5收发数据

//5.收发数据
while(true) {std::string message;std::cout << "输入你想发送的信息（输入quit退出）：";std::getline(std::cin, message);if (message == "quit") break;if (send(clientSocket, message.c_str(), message.size(), 0) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "向服务端发送信息失败" << std::endl;closesocket(clientSocket);WSACleanup();return 1;}char recvBuffer[1024]="";if (recv(clientSocket, recvBuffer, sizeof(recvBuffer), 0) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "接收数据失败" << std::endl;closesocket(clientSocket);WSACleanup();return 1;}std::cout << "服务端发来消息：" << recvBuffer << std::endl;
}

2.6关闭连接

//6.关闭连接
closesocket(clientSocket);
WSACleanup();
return 0;