Windows下VScode实现简单回声服务的方法

1. 相关知识

1.1 什么是回声服务

回声服务端可以将客户端传来的信息，再原封不动地发送给客户端，因而得名 epoch 服务。服务端 server 和 客户端 client 基于 TCP 进行通信。

1.2 服务端、客户端如何交互

下图给出了基于 TCP 的服务器端和客户端的交互过程。
首先服务端创建 socket 套接字，之后调用 bind 函数分配服务端 socket 地址，调用 listen 函数使服务端进入监听状态，同时维护一个半连接队列。服务端之后会调用 accept 函数，进入阻塞状态。accept 函数会从全连接的队列中取出一个连接进行处理。TCP 连接建立完成之后，服务端和客户端即可通过 send 和 recv 发送和接收数据。
注意：服务端调用 listen 函数进入等待连接状态后，客户端才能调用 connect 函数发起连接请求。

服务端和客户端交互就是一种通信过程，它们基于 TCP 实现 socket 通信。TCP 协议中有三次握手、四次挥手的协议内容，如下图所示。

服务端和客户端通过三次握手建立连接，四次挥手断开连接。
具体到socket编程实现，则是通过 listen 和 connect 函数实现 TCP 连接的建立，通过 close 函数关闭 socket 套接字，实现TCP连接的断开。

2. socket 编程

下面分别介绍客户端和服务端的常用函数和具体实现过程。

2.1 服务端

服务端的实现过程如下图所示。

下面给出实现基于TCP的服务端的常用函数。

1.首先需要对 Winsock 套接字库进行初始化，调用 WSAStartup 函数。
下面给出 WSAStartup 函数调用的基本格式，一般只需调用即可，无需了解参数含义。

#include <winsock2.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	WSADATA wsaData;
	if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)!=0)
	ErrorHandling("WSAStartup() error!"); 
	return 0;
}

成功时返回 0 ，失败返回非零的错误代码值。

2.创建 socket 套接字

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

成功时返回套接字句柄，失败返回 INVALID_SOCKET。

3.调用 bind 函数，为套接字分配 IP 地址和端口号

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

成功时返回 0，失败返回 SOCKET_ERROR。

4.调用 listen 函数，监听客户端连接

int listen(SOCKET s, int backlog);

成功时返回 0 ，失败返回 SOCKET_ERROR 。

5.调用 accept 函数，允许客户端连接

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr * addr, int * addrlen);

成功时返回套接字句柄，失败返回 INVALID_SOCKET 。

6.调用 send 函数， 给连接的客户端发送数据

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

成功时返回传输字节数，失败返回 SOCKET_ERROR 。

7.调用 recv 函数，接收连接的客户端发来的数据

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

成功时返回接收字节数，失败返回 SOCKET_ERROR 。

8.调用 close 函数，关闭套接字。

int closesocket(SOCKET s);

成功时返回 0 ，失败时返回 SOCKET_ERROR 。

9.注销 Winsock 相关库

int WSACleanup(void);

成功时返回 0 ，失败时返回 SOCKET_ERROR 。

2.2 客户端

客户端的实现过程如下图所示。

下面给出实现基于TCP的客户端的常用函数。

1.创建 socket 套接字

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

成功时返回套接字句柄，失败返回 INVALID_SOCKET。

2.调用connect函数，发起连接请求

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

成功时返回 0，失败返回 SOCKET_ERROR。

3.调用 send 函数， 给连接的服务端发送数据

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

成功时返回传输字节数，失败返回 SOCKET_ERROR 。

4.调用 recv 函数，接收连接的服务端发来的数据

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

成功时返回接收字节数，失败返回 SOCKET_ERROR 。

5.调用 close 函数，断开连接。

int closesocket(SOCKET s);

成功时返回 0 ，失败时返回 SOCKET_ERROR 。

3. demo展示

3.1 服务端源代码

回声服务端的C++代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
  WSADATA wsaData;
  SOCKET hServSock, hClntSock;
  char message[BUF_SIZE];
  int strLen, i;

  SOCKADDR_IN servAdr, clntAdr;
  int clntAdrSize;

  if (argc != 2)
  {
    printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
    exit(1);
  }

  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
    ErrorHandling("WSAStartup() error!");

  hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (hServSock == INVALID_SOCKET)
    ErrorHandling("socket() error");

  memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
  servAdr.sin_family = AF_INET;
  /*servAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);*/
  servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

  if (bind(hServSock, (SOCKADDR *)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("bind() error");

  if (listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("listen() error");

  clntAdrSize = sizeof(clntAdr);

  for (i = 0; i < 5; i++)
  {
    hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR *)&clntAdr, &clntAdrSize);
    if (hClntSock == -1)
      ErrorHandling("accept() error");
    else
      printf("Connected client %d \n", i + 1);

    while ((strLen = recv(hClntSock, message, BUF_SIZE, 0)) != 0)
      send(hClntSock, message, strLen, 0);

    closesocket(hClntSock);
  }

  closesocket(hServSock);
  printf("game over");
  WSACleanup();
  return 0;
}

void ErrorHandling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('\n', stderr);
  exit(1);
}

注意：运行服务端代码时，须加入命令行参数（端口号）。如代码所示， IP 地址已经绑定 127.0.0.1。配置 tasks.json 如下所示。

{
  "version": "2.0.0",
  "tasks": [
    {
      "type": "shell",
      "label": "C/C++: g++.exe build active file",
      "command": "E:\\mingw64\\bin\\g++.exe",
      "args": [
        "-g",
        "${file}",
        "-lws2_32",
        "-o",
        "${fileDirname}\\${fileBasenameNoExtension}.exe"
      ],
      "options": {
        "cwd": "${workspaceFolder}"
      },
      "problemMatcher": ["$gcc"],
      "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
      }
    }
  ]
}

配置信息 launch.json 如下 。

{
  // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
  // Hover to view descriptions of existing attributes.
  // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    {
      "name": "(gdb) 启动",
      "type": "cppdbg",
      "request": "launch",
      "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}.exe",
      "args": ["9190"],
      "stopAtEntry": false,
      "cwd": "${workspaceFolder}",
      "environment": [],
      "externalConsole": false,
      "MIMode": "gdb",
      "miDebuggerPath": "E:\\mingw64\\bin\\gdb.exe",
      "setupCommands": [
        {
          "description": "为 gdb 启用整齐打印",
          "text": "-enable-pretty-printing",
          "ignoreFailures": true
        }
      ]
    }
  ]
}

3.2 客户端源代码

回声客户端的C++代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
  WSADATA wsaData;
  SOCKET hSocket;
  char message[BUF_SIZE];
  int strLen;
  SOCKADDR_IN servAdr;

  if (argc != 3)
  {
    printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
    exit(1);
  }

  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
    ErrorHandling("WSAStartup() error!");

  hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (hSocket == INVALID_SOCKET)
    ErrorHandling("socket() error");
  printf("%s\n", argv[0]);
  printf("%s\n", argv[1]);
  printf("%s\n", argv[2]);
  memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
  servAdr.sin_family = AF_INET;
  servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
  servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  if (connect(hSocket, (SOCKADDR *)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("connect() error!");
  else
    puts("Connected...........");

  while (1)
  {
    fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
    fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

    if (!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n"))
      break;

    send(hSocket, message, strlen(message), 0);
    strLen = recv(hSocket, message, BUF_SIZE - 1, 0);
    printf("Message from server: %s", message);
  }

  closesocket(hSocket);
  WSACleanup();
  return 0;
}

void ErrorHandling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('\n', stderr);
  exit(1);
}

同样，客户端也需要加入命令行参数 127.0.0.1 9190运行。可以通过修改配置文件生成客户端。
也可以通过cmd或者终端生成客户端。cmd 方式如下：
首先通过 g++ 编译器对 client.cpp 文件进行编译生成 .exe 文件。
之后在终端中，输入 client.exe 127.0.0.1 9190 即可创建客户端。

3.3 运行结果

服务端可以服务 5 个客户端，即 accept 队列长度为 5。
客户端的运行结果如下，前5个客户端均与服务端连接成功，可以收到“回声”。第6次连接时，由于服务端断开连接，所以产生连接错误。

服务端的运行结果如下图所示。服务端可以连接5个客户端，之后服务端将断开连接。并显示 “game over”。

参考链接

深入理解TCP协议与UDP协议的原理及区别

VScode官方文档

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