摘  要：本文分析了非阻塞模式下，用Winsock编写TCP/IP程序的一些问题，并给

        出了一种解决办法。

关键词：非阻塞  Winsock  TCP/IP  CAsyncSocket

一、概述

    TCP/IP的Winsock编程有两种模式：阻塞及非阻塞。Visual C++ 通过MFC类

CAsyncSocket提供对后者的支持。但是在用"流"方式(即TCP)传输数据时，非阻

塞模式会带来一些问题。

    为了把问题描述清楚，先简要介绍一下"流"方式下用CAsyncSocket编写TCP

程序的步骤：

    客户端：

    (1) 从CAsyncSocket派生自己的类并构造对象；

    (2) 调用成员函数Create创建SOCKET；

    (3) 调用成员函数Connect发起连接；

    (4) 重载虚函数OnConnect，当连接成功时，系统会调用该函数。

    服务器端：

    (1) 从CAsyncSocket派生自己的类并构造对象；

    (2) 调用成员函数Create创建SOCKET；

    (3) 调用成员函数Listen进行"监听"；

(4) 重载虚函数OnAccept，当有客户端请求连接时，系统调用此函数，用成

员函数Accept接受请求并建立连接。调用Accept时，要构造一个新的        CAsyncSocket派生类对象作为函数参数，Accept用它创建连接客户端的        SOCKET，原来的对象仍然保持监听状态。

    连接成功后，无论是客户端，还是服务器端，都需要重载虚函数OnSend及

OnReceive：当可以发送数据时，系统调用OnSend，这时可以用成员函数Send发

送数据； 当有数据接收时，系统会调用OnReceive，可以用Receive函数接收数

据。需要关闭连接时，任意一方调用成员函数Close即可。

    有关TCP/IP及CAsyncSocket 编程的详情，请查阅Visual C++的联机帮助。

二、非阻塞模式存在的问题

    现在假设用户想发送一个4096字节的数据块，于是他使用语句Send(pBuf,4096)，

实际发送的字节数可能和预期的一样，为4096，但也可能是1至4095中的任何一

个数。如果是后者，还要用 Send来发送剩下的数据。在最坏的情况下，也许不

得不执行4096次Send。

    同样，即使对方成功地一次性发送过来4096字节，用Receive(pBuf,4096)接收时，实际接收的字节数可以是1至4096中的任何一个数，需要反复执行Receive。如果对方连续用Send函数发送少量数据， 比如每次发送10个字节，连续发10次，与刚才的情况正好相反，可能一次Receive 就把这些数据全部接收下来。(在接收数据时，阻塞式编程也存在同样的问题)

三、解决办法

    从用户的角度考虑，最理想的情况是： 建立连接后，想发数据时就可以发送，毋须等待系统调用OnSend，而且用一次发送就能搞定； 接收时，不论数据量多少，只要对方发送一次，这边就接收一次。

    为了解决这些问题，笔者从CAsyncSocket派生出一个子类CTransferSocket_hawk，

它通过使用一个队列(用数组实现)来缓存待发送的数据块， 克服了基类发送数据的不便。用户只需把要发送的数据块指针传给新定义的成员函数TransferData，然后就不用管了。该函数把数据复制一份送入缓存队列，并负责发送。(TransferData返回后，用户可以安全地删除指针释放内存)。

    CTransferSocket_hawk重载了OnSend函数，当可以发送数据时，调用CAsyncSocket::Send最多发送4096字节，根据函数返回值(即实际发送的字节数)计算下一次发送时的偏移量。 因为正常情况下，系统调用OnSend后，不会再调用它，为了发送剩余的数据，要用CAsyncSocket::AsyncSelect提名FD_WRITE事件，使系统再次调用OnSend。发送完一个数据块时，会用虚函数OnOneDataSent通知用户。如果调用TransferData时，队列中已有数据，将按先后顺序排队发送(如果用户希望确认自己的数据发送完毕，最好等队列空时再调用TransferData，否则系统调用OnOneDataSent时，用户无从知道发送完的究竟是哪一个数据块)。

如果发送出错，SOCKET被关闭，并用虚函数OnTransferClose通知用户。

    另外，为了解决CAsyncSocket接收数据的缺陷， CTransferSocket_hawk发送数据时，自动在正文前面添加当前数据块尺寸(以字节为单位，long 型，占4个字节)和起始标记BEGIN_TAG(占BEGIN_TAG_LENGTH个字节)， 本文中使用字符串begin做起始标记，占5个字节。注意：数据块尺寸不包括这4+BEGIN_TAG_LENGTH个字节的额外开销。

    CTransferSocket_hawk重载了OnReceive函数，当有数据接收时，调用CAsyncSocket::Receive。 开始4个字节被当作即将接收的数据块尺寸，如果紧跟着BEGIN_TAG_LENGTH个字节不是BEGIN_TAG，则关闭SOCKET，并调用虚函数OnTransferClose。然后开始接收数据正文，每次最多接收4096字节，根据函数返回值(即实际接收到的字节数)计算下一次接收时的偏移量。 与OnSend不同，只要数据没收完，系统就会自动调用OnReceive。收满指定的字节数后，调用虚函数OnOneDataReceived，通知用户收到一个数据块。再次收到数据时，重复上述步骤。如果接收时出错，丢弃已收到的数据，关闭SOCKET，并调用虚函数OnTransferClose。

四、类CTransferSocket_hawk的用法

1. 成员函数说明：

BOOL Create(UINT nSockPort＝0,LPCTSTR lpszSocketAddress=NULL);
用于创建SOCKET，功能基本与CAsyncSocket::Create一致，但SOCKET类型总是"流"类型。函数返回TRUE，表示成功，否则创建 SOCKET失败。参数说明如下：

   nSockPort：绑定端口号，如果是客户端，一般取缺省值0；

    lpszSocketAddress：IP地址，一般取缺省值NULL。

    进一步说明参见CAsyncSocket::Create。

    BOOL TransferData(const void *data,long size);

用于传送数据(实际上只是把数据送入队列，等待发送)。返回TRUE，表示数据已送入队列；返回FASLE，表示SOCKET还没有建立。执行完该函数后，用户可以安全地删除指针释放内存，因为数据已经备份下来。参数说明如下：

    pData：要传送的数据块指针。

    size：数据块尺寸。

    int GetQueueCount();

    用于返回队列中待传数据块的数目。

    virtual void Close();

    用于关闭SOCKET，中止数据收发。

    virtual void OnTransferClose(int reason,int nErrorCode=0);

    当连接正常关闭，或者数据传送错误时，调用此虚函数。调用时，  已关闭SOCKET。该函数什么也不做。用户可以重载它,以便出错时得到通知。参数说明如下：

    reason：表明关闭SOCKET的原因，可以为以下值：

    NORMAL    正常关闭；

    SENDERR   Send数据时出错导致关闭；

    RECVERR   Receive数据时出错导致关闭；

   RECVBEGINTAGERR 接收到的"起始"标记不正确导致关闭。

    nErrorCode：当reason为SENDERR或RECVERR时，为SOCKET的

    出错代码；当reason为其它值时，忽略此参数。

     virtual void OnOneDataSent();

    每发送完一个数据块，会调用此虚函数，该函数什么也不做。用户可以重载它，以便在数据发送完毕时得到通知。

     virtual void OnOneDataReceived(void *pData,long size);

    每接收完一个数据块，会调用此虚函数，该函数什么也不做。用户可以重载它，以便在接收到数据时得到通知。注意：用户重载该函数时，需要备份接收到的数据。因为执行完该函数，接收到的数据将被丢弃。参数说明如下：

                pData：指向接收到的数据。

                size:  接收到的数据尺寸(以字节为单位)。

    还有一些类成员，如GetLastError、GetPeerName、GetSockName、 Accept、

Connect、Listen、OnAccept、OnConnect、m_hSocket等都是直接继承自基类，

说明参见联机帮助中CAsyncSocket的相关部分。

2. 如何在自己的程序中使用CTransferSocket_hawk

    首先把类的头文件及实现文件加到项目(Project)中， 然后用它派生自己的

类，建立连接的步骤与CAsyncSocket基本一致，只不过调用Accept接受客户端连

接请求时，必须使用CTransferSocket_hawk的派生类对象作为函数参数。连接成

功后，双方就可以调用TransferData发送数据。通过重载虚函数OnOneDataSent

和OnOneDataReceived，在数据发送/接收完毕后得到通知。

3.注意事项：

    (1) 因为CTransferSocket_hawk覆写了基类CAsyncSocket的一些函数，用户

        在从CTransferSocket_hawk派生自己的类时，最好不要覆写以下函数：

        Create、Close、OnClose、OnSend、OnReceive。 如果必须覆写，别忘

        了调用基类版函数；

    (2) 服务器端用于监听的SOCKET不涉及收发数据，可以直接从CAsyncSocket

        派生，但在接受客户端连接请求时，必须使用CTransferSocket_hawk的

        派生类对象作为函数Accept的参数。

五、结束语

    本来还可以给CTransferSocket_hawk添加以下两个功能：

    (1) 在数据传输中，每收/发一次数据(即执行一次OnReceive/OnSend)，都        调用一个虚函数，方便用户作一些工作，比如显示进度条什么的；

    (2) 如果接收时出错，已收到的数据并不丢弃，还传给用户。

    后来考虑这两个功能跟用户联系比较紧密，在用户程序中实现更合适一些。比如为了用进度条指示传输进度，可以先把数据大小预先送给对方(这里的尺寸是一个独立的数据块，不是数据块的组成部分，类型可由用户自己定义)， 然后把数据拆分成若干小块，一块发送完毕后，才发下一块，进度条的更新放在虚函数OnOneDataSent中进行。而接收方则在OnOneDataReceived中更新进度条。

    如果用户希望在传输出错时，保留已收到的数据，上述拆分原始数据的方法也同样适用，这样出错时，只有当前正在接收的那一小块数据被丢弃。

    类CTransferSocket_hawk的源代码附在本文末尾，另外，我还编写了一个应用例程，需要的话可以从网上下载。

    URL http://grwy.online.ha.cn/oldsong/example1.zip

    所有代码均在 Win95OSR2、VC++ 5.0上调试通过。

参考文献：

    (1) 刘彦明 王鹏，实用网络编程技术，西安电子科技大学出版社，1998