Socket API，CAsyncSocket，CSocket內幕及其用法 (轉)

Socket API，CAsyncSocket，CSocket內幕及其用法 (轉)[@more@]

  Socket有同步阻塞方式和非同步非阻塞方式兩種使用，事實上同步和非同步在我們的生涯中可能遇到了很多，而Socket也沒什麼特別。雖然同步好用，不費勁，但不能滿足一些應用場合，其也很低。
  也許初涉程式設計的人不能理解“同步(或阻塞)”和“非同步(或非阻塞)”，其實簡單兩句話就能講清楚，同步和非同步往往都是針對一個來說的，“同步”就是函式直到其要的功能全部完成時才返回，而“非同步”則是，函式僅僅做一些簡單的工作，然後馬上返回，而它所要實現的功能留給別的執行緒或者函式去完成。例如，SendMessage就是“同步”函式，它不但傳送訊息到訊息佇列，還需要等待訊息被執行完才返回；相反PostMessage就是個非同步函式，它只管傳送一個訊息，而不管這個訊息是否被處理，就馬上返回。

一、Socket
  首先應該知道，有Socket1.1提供的原始API函式，和Socket2.0提供的一組擴充套件函式，兩套函式。這兩套函式有重複，但是2.0提供的函式功能更強大，函式數量也更多。這兩套函式可以靈活混用，分別包含在頭Winsock.h，Winsock2.h，分別需要引入庫wsock32.lib、Ws2_32.lib。

1、預設用作同步阻塞方式，那就是當你從不WSAIoctl()和ioctlsocket()來改變Socket IO，也從不呼叫WSAAsync()和WSAEventSelect()來選擇需要處理的Socket事件。正是由於函式accept()，WSAAccept()，connect()，WSAConnect()，send()，Wend()，recv()，WSARecv()等函式被用作阻塞方式，所以可能你需要放在專門的執行緒裡，這樣以不影響主的執行和主視窗的重新整理。
2、如果作為非同步用，那麼程式主要就是要處理事件。它有兩種處理事件的辦法：
  第一種，它常關聯一個視窗，也就是非同步Socket的事件將作為訊息發往該視窗，這是由WinSock擴充套件規範裡的一個函式WSAAsyncSelect()來實現和視窗關聯。最終你只需要處理視窗訊息，來收發資料。
 第二種，用到了擴充套件規範裡另一個關於事件的函式WSAEventSelect()，它是用事件的方式來處理Socket事件，也就是，你必須首先用WSACreateEvent()來建立一個事件物件，然後呼叫WSAEventSelect()來使得Socket的事件和這個事件物件關聯。最終你將要在一個執行緒裡用WSAWaitForMultipleEvents()來等待這個事件物件被觸發。這個過程也稍顯複雜。
二、CAsyncSocket
  看類名就知道，它是一個非同步非阻塞Socket封裝類，CAsyncSocket::Create()有一個引數指明瞭你想要處理哪些Socket事件，你關心的事件被指定以後，這個Socket預設就被用作了非同步方式。那麼CAsyncSocket內部到底是如何將事件交給你的呢？
  CAsyncSocket的Create()函式，除了建立了一個SOCKET以外，還建立了個CSocketWnd視窗物件，並使用WSAAsyncSelect()將這個SOCKET與該視窗物件關聯，以讓該視窗物件處理來自Socket的事件(訊息)，然而CSocketWnd收到Socket事件之後，只是簡單地回撥CAsyncSocket::OnReceive()，CAsyncSocket::OnSend()，CAsyncSocket::OnAccept()，CAsyncSocket::OnConnect()等虛擬函式。所以CAsyncSocket的派生類，只需要在這些虛擬函式里新增傳送和接收的程式碼。
 
 簡化後，大致的程式碼為：
 bool CAsyncSocket::Create( long lEvent ) 數lEvent是指定你所關心的Socket事件
 {
 m_hSocket = socket( PF_, SOCK_STREAM, 0 ); 建Socket本身

 CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; 建響應事件的視窗，實際的這個視窗在AfxSockInit()呼叫時就被建立了。
 pSockWnd->Create(...);

 WSAAsyncSelect( m_hSocket, pSockWnd->m_hWnd, WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent ); 事件和視窗關聯
 }
 
 static void PASCAL CAsyncSocket::DoCallBack(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
 {
 CAsyncSocket Socket;
 Socket.Attach( (SOCKET)wParam ); 就是觸發這個事件的Socket的控制程式碼
 int nErrorCode = WSAGETSELECTERROR(lParam); 是錯誤碼與事件碼的合成
 switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))
 {
 case FD_READ:
 pSocket->OnReceive(nErrorCode);
 break;
 case FD_WRITE:
 pSocket->OnSend(nErrorCode);
 break;
 case FD_OOB:
 pSocket->OnOutOfBandData(nErrorCode);
 break;
 case FD_ACCEPT:
 pSocket->OnAccept(nErrorCode);
 break;
 case FD_CONNECT:
 pSocket->OnConnect(nErrorCode);
 break;
 case FD_CLOSE:
 pSocket->OnClose(nErrorCode);
 break;
 }
 }

 CSocketWnd類大致為：

 BEGIN_MESSAGE_MAP(CSocketWnd, CWnd)
 ON_MESSAGE(WM_SOCKET_NOTIFY, OnSocketNotify)
 END_MESSAGE_MAP()

 LRESULT CSocketWnd::OnSocketNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
 {
 CAsyncSocket::DoCallBack( wParam, lParam ); 到Socket事件訊息，回撥CAsyncSocket的DoCallBack()函式
 return 0L;
 }

 然而，最不容易被初學Socket程式設計的人理解的，也是本文最要提醒的一點是，客戶方在使用CAsyncSocket::Connect()時，往往返回一個WSAEWOULLOCK的錯誤(其它的某些函式呼叫也如此)，實際上這不應該算作一個錯誤，它是Socket提醒我們，由於你使用了非阻塞Socket方式，所以(連線)操作需要時間，不能瞬間建立。既然如此，我們可以等待呀，等它連線成功為止，於是許多程式設計師就在呼叫Connect()之後，Sleep(0)，然後不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket::GetLastError()檢視Socket返回的錯誤，直到返回成功為止。這是一種錯誤的做法，斷言，你不能達到預期目的。事實上，我們可以在Connect()呼叫之後等待CAsyncSocket::OnConnect()事件被觸發，CAsyncSocket::OnConnect()是要表明Socket要麼連線成功了，要麼連線徹底失敗了。至此，我們在CAsyncSocket::OnConnect()被呼叫之後就知道是否Socket連線成功了，還是失敗了。
 類似的，Send()如果返回WSAEWOULDBLOCK錯誤，我們在OnSend()處等待，Receive()如果返回WSAEWOULDBLOCK錯誤，我們在OnReceive()處等待，以此類推。
 還有一點，也許是個難點，那就是在客戶方呼叫Connect()連線服務方，那麼服務方如何Accept()，以建立連線的問題。簡單的做法就是在的Socket收到OnAccept()時，用一個新的CAsyncSocket物件去建立連線，例如：

 void CMySocket::OnAccept( int ErrCode )
 {
  CMySocket* pSocket = new CMySocket;
  Accept( *pSocket );
 }
  於是，上面的pSocket和客戶方建立了連線，以後的通訊就是這個pSocket物件去和客戶方進行，而監聽的Socket仍然繼續在監聽，一旦又有一個客戶方要連線服務方，則上面的OnAccept()又會被呼叫一次。當然pSocket是和客戶方通訊的服務方，它不會觸發OnAccept()事件，因為它不是監聽Socket。

三、CSocket
  CSocket是MFC在CAsyncSocket基礎上派生的一個同步阻塞Socket的封裝類。它是如何又把CAsyncSocket變成同步的，而且還能響應同樣的Socket事件呢？
 其實很簡單，CSocket在Connect()返回WSAEWOULDBLOCK錯誤時，不是在OnConnect()，OnReceive()這些事件終端函式里去等待。你先必須明白Socket事件是如何到達這些事件函式里的。這些事件處理函式是靠CSocketWnd視窗物件回撥的，而視窗物件收到來自Socket的事件，又是靠執行緒訊息佇列分發過來的。總之，Socket事件首先是作為一個訊息發給CSocketWnd視窗物件，這個訊息肯定需要經過執行緒訊息佇列的分發，最終CSocketWnd視窗物件收到這些訊息就呼叫相應的回撥函式(OnConnect()等)。
  所以，CSocket在呼叫Connect()之後，如果返回一個WSAEWOULDBLOCK錯誤時，它馬上進入一個訊息迴圈，就是從當前執行緒的訊息佇列裡取關心的訊息，如果取到了WM_PAINT訊息，則重新整理視窗，如果取到的是Socket發來的訊息，則根據Socket是否有操作錯誤碼，呼叫相應的回撥函式(OnConnect()等)。
 大致的簡化程式碼為：

 BOOL CSocket::Connect( ... )
 {
 if( !CAsyncSocket::Connect( ... ) )
 {
 if( WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK ) 於非同步操作需要時間，不能立即完成，所以Socket返回這個錯誤
 {
 入訊息迴圈，以從執行緒訊息佇列裡檢視FD_CONNECT訊息，直到收到FD_CONNECT訊息，認為連線成功。
 while( PumpMessages( FD_CONNECT ) );
 }
 }
 }
 BOOL CSocket::PumpMessages( UINT uEvent )
 {
  CWinThread* pThread = AfxGetThread();
  while( bBlocking ) 僅僅是一個標誌，看是否取消對Connect()的呼叫
  {
  MSG msg;
  if( PeekMessage( &msg, WM_SOCKET_NOTIFY ) )
  {
  if( msg.message == WM_SOCKET_NOTIFY && WSAGETSELECTEVENT(msg.lParam) == uStopFlag )
  {
  CAsyncSocket::DoCallBack( msg.wParam, msg.lParam );
  return TRUE;
  } 
  }
  else
  {
  OnMessagePending(); 理訊息佇列裡的其它訊息
  pThread->OnIdle(-1);
 }
  }
 }
 BOOL CSocket::OnMessagePending()
 {
  MSG msg;
  if( PeekMessage( &msg, NULL, WM_PAINT, WM_PAINT, PM_REMOVE ) )
  { 裡僅關心WM_PAINT訊息，以處理阻塞期間的主視窗重畫
    ::DispatchMessage( &msg );
    return FALSE;
  }
  return FALSE;
 }

  其它的CSocket函式，諸如Send()，Receive()，Accept()都在收到WSAEWOULDBLOCK錯誤時，進入PumpMessages()訊息迴圈，這樣一個原本非同步的CAsyncSocket，到了派生類CSocket，就變成同步的了。
 明白之後，我們可以對CSocket應用自如了。比如有些程式設計師將CSocket的操作放入一個執行緒，以實現多執行緒的非同步Socket(通常，同步+多執行緒 相似於 非同步 )。

四、CSocketFile
 另外，進行Socket程式設計，不能不提到CSocketFile類，其實它並不是用來在Socket雙方傳送檔案的，而是將需要序列化的資料，比如一些結構體資料，傳給對方，這樣，程式的CDocument()的序列化函式就完全可以和CSocketFile聯絡起來。例如你有一個CMyDocument實現了Serialize()，你可以這樣來將你的文件資料傳給Socket的另一方：

 CSocketFile file( pSocket );
 CArchive ar( &file, CArchive::store );
 pDocument->Serialize( ar );
 ar.Close();

 同樣，接收一方可以只改變上面的程式碼為CArchive ar( &file, CArchive::load );即可。
  注意到，CSocketFile類雖然從CFile派生，但它遮蔽掉了CFile::Open()等函式，而函式里僅扔出一個例外。那麼也就是說，你不能呼叫CSocketFile的Open函式來開啟一個實實在在的檔案，否則會導致例外，如果你需要利用CSocketFile來傳送檔案，你必須提供CSocketFile類的這些函式的實現。
 再一點，CArchive不支援在datagram的Socket連線上序列化資料。