winsockを使ってみる。(1)
boost::asioを使いたかったのですが、ネットワークの知識が乏しいので、まずはwinsockの勉強をしようと思います。
Server
- 接続してきたクライアントに文字列を送り返す。
- SocketとStreamはsmart_ptrで。
#include <net/socket.h> int main() { try { using namespace net::tcp; //winsock初期化 net::startup(); //指定ポートでサーバ用TCPソケットを作成 ServerSocketPtr socket = IServerSocket::create( 12345 ); //クライアントの接続待ち SocketPtr client = socket->accept(); //ソケットからストリームを取得 SocketStreamWeakPtr stream = client->get_stream(); //適当な文字列を送る stream->write_line( "hoge" ); } catch( net::socket_error& e ) { std::cout << e.what() << std::endl; } //winsock破棄 net::cleanup(); return 0; }
Client
- サーバに接続して文字列を受信
- SocketとStreamはsmart_ptrで。
#include <net/socket.h> int main() { try { using namespace net::tcp; //winsock初期化 net::startup(); //クライアント用TCPソケットを作成 ClientSocketPtr socket = IClientSocket::create(); //指定ポート、IPアドレスのサーバに接続 socket->connect( 12345, "localhost" ); //ソケットからストリームを取得 SocketStreamWeakPtr stream = socket->get_stream(); //１行分の文字列を受信 std::string str; stream->read_line( str ); std::cout << str; } catch( net::socket_error& e ) { std::cout << e.what() << std::endl; } //winsock破棄 net::cleanup(); return 0; }
プロジェクトの構成
winsockの初期化と破棄
- socket_error
- WSAGetLastErrorの戻り値を文字列に変換
- startup
- winsockの初期化
- cleanup
- winsockの破棄
socket.h
#include <winsock2.h> #pragma comment( lib, "wsock32.lib" ) #include <string> #include <sstream> #include <iostream> #include <exception> namespace net { /** * ソケット例外クラス */ class socket_error : public std::exception { public: socket_error() { //エラーコードを文字列化 void* msg; FormatMessage( FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER | FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM | FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS, 0, WSAGetLastError(), MAKELANGID( LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT ), ( char* )&msg, 0, 0 ); str = static_cast< const char* >( msg ); LocalFree( msg ); } socket_error( const std::string& str ) : str( str ) { } public: const char * __CLR_OR_THIS_CALL what() const { return str.c_str(); } private: std::string str; }; } namespace net { /** * winsockの初期化 */ void startup(); /** * winsockの破棄 */ void cleanup(); }
socket.cpp
namespace net { /** * WinSock初期化 */ void startup() { WORD version = MAKEWORD( 2, 0 ); WSADATA data = { 0 }; int err = WSAStartup( version, &data ); //初期化失敗 if( err != 0 ) throw socket_error(); //指定したバージョンと異なる if( data.wVersion != version ) throw socket_error( "指定したバージョンと異なる" ); //WSADATAの確認 std::stringstream ss; ss << data.wVersion << std::endl << data.iMaxSockets << std::endl << data.iMaxUdpDg << std::endl //<< data.lpVendorInfo << std::endl << data.szDescription << std::endl << data.szSystemStatus << std::endl << data.wHighVersion << std::endl << data.wVersion << std::endl ; std::cout << ss.str(); } /** * WinSock破棄 */ void cleanup() { WSACleanup(); } }
参照カウンタクラス
ソケットクラスのインスタンスは、侵入型参照カウンタとintrusive_ptrで管理してみます。
参照カウンタの実装はこちらを参考にしました。
socket.h
namespace net { /** * intrusive_ptr用参照カウンタ */ class RefCounter { public: RefCounter& operator++(){ ++ count; return *this; } RefCounter& operator--(){ -- count; return *this; } operator int()const{ return count; } public: RefCounter() : count( 0 ){} private: int count; }; } /** * 参照カウンタ用インターフェイスの宣言 */ #define declare_ref_counter( name ) \ private: \ virtual void add_ref() = 0; \ virtual void release() = 0; \ friend void intrusive_ptr_add_ref( name* p ){ p->add_ref(); } \ friend void intrusive_ptr_release( name* p ){ p->release(); } /** * 参照カウンタ用インターフェイスの実装 */ #define implement_ref_counter( name ) \ private: \ RefCounter ref_counter; \ private: \ void add_ref(){ ++ ref_counter; } \ void release(){ if( -- ref_counter == 0 )delete this; }
Socketインターフェイス
- ISocket
- add_ref
- release
socket.h
namespace net { namespace tcp { /** * Socketインターフェイス */ class ISocket { declare_ref_counter( ISocket ); protected: virtual ~ISocket(){} }; } }
- SocketBase
- Socketを作成する
- 既存のSOCKET、sockaddr_inからSocketを作成する
- Socketを閉じる
socket.cpp
namespace net { namespace tcp { /** * TCP Socket */ class SocketBase { public: void close() { if( s != INVALID_SOCKET ) { ::shutdown( s, SD_BOTH ); ::closesocket( s ); s = INVALID_SOCKET; } } public: SocketBase() : s( ::socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ) ) { memset( &sa, 0, sizeof( sa ) ); } SocketBase( SOCKET s, const sockaddr_in& sa ) : s( s ) , sa( sa ) { } virtual ~SocketBase() { close(); } protected: SOCKET s; sockaddr_in sa; }; } }
- SocketImpl
- 参照カウンタの実装
namespace net { namespace tcp { /** * TCP Socketの実装クラス */ class SocketImpl : public SocketBase , public ISocket { implement_ref_counter( SocketImpl ); public: SocketImpl() : SocketBase() { } SocketImpl( SOCKET s, const sockaddr_in& sa ) : SocketBase( s, sa ) { } }; } }
SocketStreamインターフェイス
- ISocketStream
- add_ref
- release
- write_line
- １行送信
- read_line
- １行受信
socket.h
namespace net { namespace tcp { /** * SocketStreamインターフェイス */ class ISocketStream { public: virtual void write_line( const std::string& str ) = 0; virtual int read_line( std::string& str ) = 0; protected: virtual ~ISocketStream(){} }; } }
- SocketStreamImpl
- add_ref
- release
- write_line
- 引数で受けっとった文字列に改行コードを付加して送信
- read_line
- 改行コードまで１文字ずつ受信
socket.cpp
namespace net { namespace tcp { /** * SocketStream実装 */ class SocketStreamImpl : public ISocketStream { public: void write_line( const std::string& str ) { std::string s = str + "\n"; size_t size = s.size(); ::send( socket->s, s.c_str(), size, 0 ); } int read_line( std::string& str ) { int ret = 0; //改行コードまで１文字ずつ受信 while( bool b = true ) { char c; ret = ::recv( socket->s, &c, 1, 0 ); if( ret == 0 || ret == SOCKET_ERROR ) { //切断されたorエラー break; } else { str += c; if( c == '\n' ) break; } } return ret; } public: SocketStreamImpl( SocketBase* socket ) : socket( socket ) {} private: SocketBase* socket; }; } }
SocketインターフェイスからSocketStreamインターフェイスを取得する
SocketクラスがSocketStreamクラスを所有し、weak_ptrで使用します。
- ISocket
- get_streamを追加
socket.h
namespace net { namespace tcp { class ISocket; typedef hoge::intrusive_ptr< ISocket > SocketPtr; class ISocketStream; typedef hoge::shared_ptr< ISocketStream > SocketStreamPtr; typedef hoge::weak_ptr< ISocketStream > SocketStreamWeakPtr; } } namespace net { namespace tcp { /** * Socketインターフェイス */ class ISocket { ..略.. public: virtual SocketStreamWeakPtr get_stream() = 0; }; } }
socket.cpp
namespace net { namespace tcp { /** * TCP Socketの実装クラス */ class SocketImpl : public SocketBase , public ISocket { ..略.. public: SocketStreamWeakPtr get_stream() { return stream; } public: SocketImpl() : SocketBase() { stream = SocketStreamPtr( new SocketStreamImpl( this ) ); } SocketImpl( SOCKET s, const sockaddr_in& sa ) : SocketBase( s, sa ) { stream = SocketStreamPtr( new SocketStreamImpl( this ) ); } private: SocketStreamPtr stream; }; } }
ServerSocketインターフェイス
- IServerSocket
- add_ref
- release
- bind
- accept
socket.h
namespace net { namespace tcp { class IServerSocket; typedef hoge::intrusive_ptr< IServerSocket > ServerSocketPtr; } } namespace net { namespace tcp { /** * ServerSocketインターフェイス */ class IServerSocket { declare_ref_counter( IServerSocket ); public: virtual void bind( WORD port ) = 0; virtual SocketPtr accept() = 0; protected: virtual ~IServerSocket(){} public: static ServerSocketPtr create( WORD port ); }; } }
- ServerSocketImpl
- add_ref
- release
- bind
- ポートとソケットのバインド
- accept
- 接続を受け入れたクライアントのSocketImplを生成して返す
- create
- 指定ポートにバインドしたサーバソケットを生成して返す
socket.cpp
namespace net { namespace tcp { /** * ServerSocket実装 */ class ServerSocketImpl : public SocketBase , public IServerSocket { implement_ref_counter( ServerSocketImpl ); public: void bind( WORD port ) { sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons( port ); sa.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY ); // ポートとソケットのバインド int err = ::bind( s, ( sockaddr* )&sa, sizeof( sa ) ); if( err == SOCKET_ERROR ) throw socket_error(); // 接続待ち状態へ ::listen( s, SOMAXCONN ); } SocketPtr accept() { // クライアントの接続許可 sockaddr_in sa = { 0 }; int size = sizeof( sa ); SOCKET client = ::accept( s, ( sockaddr* )&sa, &size ); if( client == INVALID_SOCKET ) { return nullptr; } SocketPtr p( new SocketImpl( client, sa ) ); return p; } public: ServerSocketImpl() : SocketBase() { } }; ServerSocketPtr IServerSocket::create( WORD port ) { ServerSocketPtr p( new ServerSocketImpl() ); p->bind( port ); return p; } } }
ClientSocketインターフェイス
- IClientSocket
- add_ref
- release
- get_stream
- connect
socket.h
namespace net { namespace tcp { /** * ClientSocketインターフェイス */ class IClientSocket { declare_ref_counter( IClientSocket ); public: virtual SocketStreamWeakPtr get_stream() = 0; virtual void connect( WORD port, const std::string& ip_address ) = 0; protected: virtual ~IClientSocket(){} public: static ClientSocketPtr create(); static ClientSocketPtr create( WORD port, const std::string& ip_address ); }; } }
socket.cpp
namespace net { namespace tcp { /** * ClientSocket実装 */ class ClientSocketImpl : public SocketBase , public IClientSocket { implement_ref_counter( ClientSocketImpl ); public: SocketStreamWeakPtr get_stream() { return stream; } public: void connect( WORD port, const std::string& ip_address ) { // サーバへ接続要求 sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons( port ); if( ip_address == "localhost" ) sa.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_LOOPBACK ); else sa.sin_addr.s_addr = inet_addr( ip_address.c_str() ); int err = ::connect( s, ( sockaddr* )&sa, sizeof( sa ) ); if( err == SOCKET_ERROR ) throw socket_error(); } public: ClientSocketImpl() : SocketBase() { stream = SocketStreamPtr( new SocketStreamImpl( this ) ); } private: SocketStreamPtr stream; }; ClientSocketPtr IClientSocket::create() { ClientSocketPtr p( new ClientSocketImpl() ); return p; } ClientSocketPtr IClientSocket::create( WORD port, const std::string& ip_address ) { ClientSocketPtr p( new ClientSocketImpl() ); p->connect( port, ip_address ); return p; } } }
使ってみる
サンプル
- winsock_01.zip
- VC++2008EEで動作確認
Server
#include <net/socket.h> int main() { try { using namespace net::tcp; //winsock初期化 net::startup(); //指定ポートでサーバ用TCPソケットを作成 ServerSocketPtr socket = IServerSocket::create( 12345 ); //クライアントの接続待ち std::cout << "クライアントの接続待ち" << std::endl; SocketPtr client = socket->accept(); //ソケットからストリームを取得 SocketStreamWeakPtr stream = client->get_stream(); //適当な文字列を送る stream->write_line( "hoge" ); } catch( net::socket_error& e ) { std::cout << e.what() << std::endl; } //winsock破棄 net::cleanup(); return 0; }
Client
#include <net/socket.h> int main() { try { using namespace net::tcp; //winsock初期化 net::startup(); //クライアント用TCPソケットを作成 ClientSocketPtr socket = IClientSocket::create(); //指定ポート、IPアドレスのサーバに接続 socket->connect( 12345, "localhost" ); //ソケットからストリームを取得 SocketStreamWeakPtr stream = socket->get_stream(); //１行分の文字列を受信 std::string str; stream->read_line( str ); std::cout << str; } catch( net::socket_error& e ) { std::cout << e.what() << std::endl; } net::cleanup(); return 0; }
次回から単純なチャットソフトを作ってみたいと思います。
