实验4 聊天程序
【实验目的】
⑴熟悉VisualC++的基本操作。
⑵基本了解基于对话框的windows应用程序的编写过程。
⑶对于Windows Socket编程建立初步概念。
【实验要求】
⑴ 应用Visual C++中MFC CSocket类，实现网络数据传输。
⑵ 仿照本实验步骤，制作实用的局域网一对一聊天程序。
【实验原理】
一、Windows Socket和套接口的基本概念
网际协议（Internet Protocol，IP）是一种用于互联网的网络协议，已广为人知。它可广泛用于大多数计算机操作系统上，也可用于大多数局域网LAN（比如办公室小型网络）和广域网WAN（比如说互联网）。从它的设计看来，IP是一个无连接的协议，并不能保证数据投递万无一失。两个上层协议（TCP和UDP）依赖 IP 协议进行数据通信。
如果希望在Microsoft Windows下通过TCP和UDP协议建立网络应用程序，则需
要使用Winsock套接口编程技术。
套接口，就是一个指向传输提供者的句柄。Win32中，套接口不同于文件描述符，所以它是一个独立的类型——SOCKET。Windows Sockets描述定义了一个Microsoft Windows的网络编程界面，它是从 Unix Socket 的基础上发展而来的，为 Windows TCP/IP 提供了一个 BSD型的套接字规范，除与 4.3BSD Unix Sockets完全兼容外，还包括一个扩充文件，通过一组附加的 A PI实现 Windows 式(即事件驱动)的编程风格；而Winsock则是在Microsoft Windows 中进行网络应用程序设计的接口。Windows在Internet支配域中的TCP/IP协议定义了Winsock网络编程规范，融入了许多新特点。使用Socket的目的是使用户在网络协议上工作而不必对该网络协议有非常深入的了解。此外，编写的程序还可被迅速地移植到任何支持Socket的网络系统中去。
Winsock提供了一种可为指定传输协议打开、计算和关闭会话的能力。在Windows下，TCP/IP上层模型在很大程度上与用户的Winsock应用有关；换言之，用户的Winsock应用控制了会话的方方面面，必要时，还会根据程序的需要格式化数据。
套接口有三种类型：流式套接口、数据报套接口及原始套接口。
流式套接口定义了一种可靠的面向连接的服务（利用TCP协议），实现了无差错无重复的顺序数据传输。数据报套接口定义了一种无连接的服务（UDP协议），数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠和无差错。原始套接口允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试等。
面向连接服务器处理的请求往往比较复杂，不是一来一去的请求应答所能解决的，而且往往是并发服务器。使用面向连接的套接口编程，可以通过图 1.1 来表示。
无连接服务器一般都是面向事务处理的，一个请求、一个应答就完成了客户程序与服务程序之间的相互作用。若使用无连接的套接口编程，程序的流程可以用图1.2表示。
套接口工作过程如下：服务器首先启动，通过调用socket()建立一个套接口，然后调用bind()将该套接口和本地网络地址联系在一起，再调用listen()使套接口做好侦听的准备，并规定它的请求队列的长度，之后，调用accept()来接收连接。客户在建立套接口后就可调用connect()和服务器建立连接。连接一旦建立，客户机和服务器之间就可以通过调用read()和write()来发送和接收数据。最后，待数据传送结束后，双方调用close()关闭套接口。
在网络编程中，掌握端口的概念十分重要。端口：基于TCP/IP协议的网络中，计算机都分配有一个IP地址，用一个32位二进制数来表示，正式的称呼是“Ipv4地址”。客户机需要通过TCP或UDP和服务器通信时，必须指定服务器的IP地址和服务端口号。另外，
服务器打算侦听接入客户机请求时，也必须指定图1.2一个IP地址和一个端口号。在选择端口时，应特别小心，因为有些可用端口号是为“已知的”（即固定的）服务保留的，如文件传输协议和超文本传输协议，即FTP（21号端口）和HTTP（一般为8080端口）。“已知的协议”，即固定协议，采用的端口由“互联网编号分配认证（IANA）”控制和分配，RFC1700中说明的编号。
从本质上说，端口号可分成3类：“已知”端口、已注册端口、动态和（或）私用端口。
⑴“已知”端口0~1023，由IANA控制，是在UNIX中为固定服务保留的。
⑵已注册的端口1024~49151，由IANA列出来的，供普通用户的普通用户进程或程序使用。
⑶ 动态和（或）私用端口 49152~65535。普通用户应用应选择1024~49151之间的已注册端口，从而避免端口号已被另一个应用或系统服务所用。此外，49152~65535 间的端口可自由使用，因为IANA这些端口上没有注册服务。
二、MFC对Socket编程的封装类简介
Microsoft Windows Class Library(MFC)中提供了
较高级封装的类用来实现网络通信。图 1.3 给出了Csocket
类的继承关系。
CAsyncSocket类封装了WindowsSockets API函数，提供了较低层的与Windows Sockets对话接口，一般适合于有相当水平的网络编程者使用，可方便地进行底层的网络事件通知及信息回叫控制等操作。
CSocket类派生于CAsyncSocket，它继承了父类中一些常用易懂的Windows Sockets API函数，并对CAsyncSocket中底层的较难控制的一些API函数或成员函数进行了处理，使得网络传输简捷易用，同时它支持模块化的后台信息处理，解决了CAsyncSocket中较难克服的多线程处理。
下面介绍用VisualC++在Windows中实现Socket的CSocket类型成员函数( 这些成员函数实际上是从CAsyncSocket类继承来的)。
成员函数和参数说明：⑴BOOL Create(UINT nSocketPort=0， int nSocketType =SOCK_STREAM，long
lEvent=FD_READ|FD_WRITE|FD_OOB|FD_ACCEPT|FD
_CONECT|FD_CLOSE，LPCTSTR lpszSocketAddress=NULL)
该函数用来建立Socket，如果函数成功，则返回非零值；否则返回值为0。其中：nSocketPort：为所选择的Socket端口，一般要大于1023，如果该参数为0，则由系统选定一端口，默认值为0。
nSocketType：为套接字类型——SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。SOCK_STREAM表示为流套接字（本实验使用基于TCP连接的流套接字编程），SOCK_DGRAM表示为数据报套接字（将在以后实验中讲述），默认值为SOCK_STREAM。
lEvent：标识该Socket要完成哪种工作，默认值为
FD_READ|FD_WRITE|FD_OOB|FD_ACCEPT|FD_CONNECT|FD_CLOSE。
lpszSockAddress：一个指向字符串的指针，该字符串包含了被连接套接口的网络地址。一个带点的数字，如“128.56.22.8”，默认值为NULL。
注意：CSocket中，Winsock API的初始化(socket)和绑定(bind)两部分工作都完成了。
⑵BOOL Listen (int nConnectionBacklog=5)
该函数的作用是等待Socket请求，如果调用成功，则返回非零值；否则返回值为0。Listen仅对那些支持连接的套接字起作用，也就是SOCK_STREAM类型的套接字。在进程应答连接并把它放到等待队列时，套接字被置成被动模式（passive mode）。本函数一般由哪些一次可以有多个连接的服务器使用（或任何需要接收连接的应用）。
nConnectionBacklog：表示等待队列的长度，默认值为最大值5，有效值为 1~5。
⑶ BOOL Connect(LPCTSTR lpszHostAddress，UINT nHostPort)
该函数的作用是提出连接请求。其中：
lpszHostAddress ：对象连接的套接字的网络地址、机器名，如 ftp.sjtu.edu.cn，或以句点分隔的数字，如“211.80.43.100”。
nHostPort ：为接受请求进程的网络地址和Socket端口号。
注意：Connect函数还有另一个版本：BOOL Connect(const SOCKADDR *lpSockAddr，intnSockAddrLen)；具体用法可以参阅MSDN Library 中关于CAnyscSocket类的阐述。
⑷virtual void Close()该函数的作用是关闭该Socket。
三、利用CSocket进行传输的辅助类简介
1.CSocketFile类
CSocketFile继承了CFile类，见图1.4，它可以很自如地用来在基于Windows Socket网络上传输数据。首先，将一个建立连接CSocket对象实例作为参数进行初始化，然后，将已经初始化的CSocketFile对象连接到CArchive对象上，接着将数据串行化，以使用MFC系列来简化发送和接收数据，最终实现利用网络的Socket传输和本机上的流传输一样简单。
成员函数：CSocketFile用到的成员函数只有构造函数。
CSocketFile::CSocketFile(CSocket*pSocket,BOOL bArchiveCompatible=TRUE );其中：
pSocket：连接到CSocketFile对象的套接口。
bArchiveCompatible：指示该文件对象是否与一个CArchive对象一起使用。只有当希望在单机方式下来使用这个CSocketFile对象时，才传递FALSE。
因为仅有CSocketFile类实例本身并没有什么意义，所以通常将其置为TRUE。
说明：此成员函数用来构造一个CSocketFile对象。当此对象超出范围或被删除时，它的析构函数将使它自己从插槽对象上分离。
注意：一个CSocketFile对象也可以在没有CArchive对象的情况下作为一个（受限制的）文件来使用。缺省情况下，CSocketFile构造函数的bArchiveCompatible参数是
TRUE，它表明此文件对象是与一个档案一起使用的。要在没有档案的情况下使用该文件对象，则给bArchiveCompatible参数传递FALSE。在“档案兼容”模式下，一个CSocketFile对象可以提供更好的表现，并减少出现“死锁”的几率。
2．CArchive类
CArchive类没有基类。CArchive允许以一个永久二进制（通常为磁盘存储）的形式保存一个对象的复杂网络，它可以从永久存储中装载对象，并在内存中重新构造它们。使数据永久保留的过程就叫作“串行化”。一般可以把一个CArchive对象看作一个二进制流，可以将它和输入输出流iostream类的用法进行比较。CArchive对象一般和一个文件类关联（CFile类或CSocketFile类）。输入输出流是加工处理ASCII字符，而CArchive 类的用处是高效、无冗余地处理二进制数据。
在CArchive类中，重载了提取（>>）和插入（<<）运算符，它是方便的归档编程接口，主要支持CObject派生类。
四、MFCCSocket类的通信流程
使用CSocket类进行网络二进制数据通信的连接流程，如下表所示。
注意事项：利用CArchive类进行网络数据传输的操作固然方便直观，但是如果编写的程序是和别人的程序进行通信的话，就要注意对方的程序是否也用了 CArchive类，否则会造成数据相互不能识别。
五、使用 CSocket类的同步问题和解决方法
有了以上的基础，就可动手进行网络数据通信了，可以做到基于阻塞发送和接收二进制数据。比如，可以Client端发送，Server端接收：
Server端：m_receive.Receive(void*lpBuf，intnBufLen，intnFlags= 0);
Client端：m_client.Send(constvoid*lpBuf，intnBufLen，intnFlags=0);
接着，再分析一下各个类中提到的常用方法的同步特性：
Listen(…)：执行后不管有没有连接，立即返回。
Connect(…)：如果服务器端有端口正在侦听，则立即成功返回；如果没有，则过几秒钟将显示无法连接。
Accept(….)：Listen函数返回后可以执行此函数，但是此函数是基于阻塞的，只要客户机connect连接并且端口正确，则立即成功返回，建立连接；如果迟迟侦测不到连接，则不断阻塞，直到连接成功或者强行关闭。
Send(…)：调用后就将数据保存在socket缓冲区中，立即返回。
Receive(…)：和Accept一样的阻塞，直到能从socket缓冲区成功读取到 nBufLen长度的数据。
按上分析，读者可能会想到这样两个问题：
⑴在侦听的时候，如果客户端迟迟没有连接，则侦听方执行到Accept则阻塞不能响应。
⑵在用Receive接收数据，如果迟迟得不到发送的数据，也阻塞不能响应。显然，带有这两个问题的软件是不能接受的。幸亏 CSocket 类里可以使用
继承自CAsyncSocket里的OnReceive和OnAccept消息处理函数，其原理分别是：
⑴OnAccept()：Listen过后，如果侦测到客户机有连接，则产生消息调用OnAccept()，一般可以在此函数里面调用Accept便可避免侦听时的阻塞。
Virtual void OnAccept(intnErrorCode);其中：
nErrorCode：套接字上最近的错误代码。此成员函数可用的错误代码有：
0：函数成功地执行并返回；
WSAENETDOWN：Windows Sockets检测到网络系统故障。说明由框架调用，通知监听套接字现在可以调用Accept成员函数来接收挂起的连接请求（有 connect请求进入）。
⑵OnReceive()：建立连接后，如果侦测到 Socket 缓冲区里有数据到达，便自动调用OnReceive()，在此函数里面使用Receive 接收就可避免接收数据的阻塞。
Virtual void OnReceive(intnErrorCode);其中：
nErrorCode：套接字上最近的错误代码。此成员函数可用的错误代码有：
0：函数成功地执行并返回；
WSAENETDOWN ：Windows Sockets检测到了网络故障。说明本函数由框架调用，通知套接字缓冲中有数据，可以调用Receive成员函数取出。
【实验步骤】下面以一个最简单的点对点通信的聊天程序为例：客户机/服务器模式是socket点对点网络程序典型的模式。它用到的方法也是面向连接TCP 连接的套接字MFC典型方式。其工作过程是：服务器首先启动，创建套接字后等待客户的连接；客户启动以后，创建套接字，然后和服务器建立连接；连接建立后，客户机和服务器可以通过建立的
套接字连接进行信息通信。
先建立一个MFC，选dialogBased，工程名为LX2，如图1.5所示。
图 1.5
下一个对话框选择 W indow Sockets，后面的选项酌情考虑，或者连续选择默认的即可，如图1.6所示。
如果忘了添加W indows Sockets选项，可以在文件头部添加下列语句进行补救：
＃include \"W insock.h\"
＃include \"Ws2tcpip.h\"
＃pragma comment(lib，\"W s2_32.lib\" )
注：这些语句支持 winsock2。
出现Dialog以后，编辑界面，使其如图 1.7 所示并且对控件点击右键，选择属性选项，把每个控件的ID改掉（控件ID就是每个控件的名字，要改成有意义的，以便将来管理）。
各个控件的ID如下表，并且在对话框视图中点击右键，选择ClassWizard选项，用该工具对控件添加变量，使其如图 1.8 所示。
接着，再打开一个VC，建立客户机工程，工程名称为LX1，各个控件的ID如下表，界面如图1.9所示。
【思考题】⑴改造程序结构。上面的程序能做到双向发送消息，但是两个程序必须成对使用，即一个是Server端，一个是Client端；而真正实用的聊天程序即使使用了Client/Server模式，也必须将其整合，使其所有的功能都在一个程序中实现，以增加适用性。试改造结构，将两个程序的功能整合在一起。界面参见⑵。
⑵添加程序功能。以下几点可供参考：
用AfxMessageBox（…）显示消息显得不够专业，可以考虑制作一个双文本框的界面，让发送的消息在下面一个文本框中输入，接收的消息在上面的文本框中显示。
可考虑在显示的文本框中添加滚动条让消息具有往下滚动的功能。
增加保存聊天记录的功能。
界面可参考图 1.15。
⑶为简化操作，本实验直接利用了CSocket类的Send和Receive进行通信。请参照实验原理部分的CSocketFile类和CArchive类的说明以及通信的流程图对其进行改造，以便更方便、高效地进行大量的数据交换。
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