asio的socket创建与连接的基础实现和与C风格的socket网络通信的对比

asio socket创建与连接的基础实现和与C风格的socket网络通信的对比

一、整体功能概述

基于Boost.Asio库实现了 TCP 网络编程的核心基础操作，涵盖了端点（endpoint）创建、TCP 套接字（socket）创建、服务端监听器（acceptor）创建与绑定、客户端连接（直连 IP / 域名解析）、服务端接受连接等关键步骤。

Boost.Asio 是 C++ 的异步 I/O 库，封装了操作系统的网络 API，提供了更优雅的面向对象接口和跨平台能力。

二、代码模块解析

1. 头文件与命名空间

#include<boost/asio.hpp>// Boost.Asio核心头文件#include<iostream>usingnamespaceboost;// 简化boost命名空间使用（实际项目中不建议全局using，易冲突）

• Boost.Asio 的核心组件都在boost::asio命名空间下，比如io_context、ip::tcp、socket、acceptor等。

2. 端点（Endpoint）创建：client_end_point&server_end_point

端点是网络通信的地址 + 端口抽象，对应 TCP/IP 的套接字地址结构（如 C 语言的sockaddr_in）。

• C 语言的sockaddr_in

struct sockaddr_in { unsigned short sin_family; // 协议族，与 socket()函数的第一个参数相同。 unsigned short sin_port; // 16 位端口号，大端序。用 htons(整数的端口)转换。 struct in_addr sin_addr; // IP 地址的结构体。192.168.101.138 unsigned char sin_zero[8]; // 未使用，为了保持与 struct sockaddr 一样的长度而添加。 };

• Boost.Asio创建 TCP 客户端和服务端端点（endpoint）

// 客户端端点（指定具体IP和端口）intclient_end_point(){std::string raw_ip_address="127.4.8.1";unsignedshortport_num=3333;boost::system::error_code ec;// Boost的错误码（替代异常，更灵活）// 解析IP地址（字符串→asio::ip::address对象）asio::ip::address ip_address=asio::ip::make_address(raw_ip_address,ec);if(ec.value()!=0){// 错误处理std::cout<<"Failed to parse the IP address Error code = "<<ec.value()<<".Message is "<<ec.message();returnec.value();}// 创建TCP端点（IP+端口）asio::ip::tcp::endpointep(ip_address,port_num);return0;}// 服务端端点（绑定所有IPv6地址+端口，也可改用v4::any()）intserver_end_point(){unsignedshortport_num=3333;asio::ip::address ip_address=asio::ip::address_v6::any();// 通配地址：监听所有网卡asio::ip::tcp::endpointep(ip_address,port_num);return0;}

• 核心逻辑：将字符串 IP 解析为 Asio 的ip::address对象，再结合端口创建ip::tcp::endpoint（封装了地址和端口的面向对象结构）。
• 错误处理：使用boost::system::error_code替代异常（也可使用异常，Asio 支持两种方式）。

3. TCP 套接字创建：create_tcp_socket

套接字是网络通信的文件描述符抽象，Asio 用ip::tcp::socket类封装。

intcreate_tcp_socket(){asio::io_context ioc;// Asio的核心：I/O上下文（管理所有I/O操作的事件循环）asio::ip::tcp protocol=asio::ip::tcp::v4();// 指定TCPv4协议asio::ip::tcp::socketsock(ioc);// 创建套接字（关联I/O上下文）boost::system::error_code ec;sock.open(protocol,ec);// 打开套接字（对应C语言的socket()函数）if(ec.value()!=0){std::cout<<"Failed to open the socket! Error code = "<<ec.value()<<".Message is "<<ec.message();returnec.value();}return0;}

• 关键组件：io_context是 Asio 的核心，所有 I/O 操作（如读写、连接、接受）都需要关联到它，它负责调度事件。
• sock.open()：对应 C 语言的socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)（创建 TCP 套接字）。

4. 服务端监听器（Acceptor）创建：create_acceptor_socket&bind_acceptor_socket

服务端需要用acceptor（监听器）绑定端口并监听连接，Asio 的ip::tcp::acceptor封装了这一逻辑。

// 新版便捷写法：一行完成创建、打开、绑定intcreate_acceptor_socket(){asio::io_context ios;asio::ip::tcp::acceptora(ios,asio::ip::tcp::endpoint(asio::ip::tcp::v4(),3333));return0;}// 老版本：分步实现（打开→绑定）intbind_acceptor_socket(){unsignedshortport_num=3333;asio::ip::tcp::endpointep(asio::ip::address_v4::any(),port_num);asio::io_context ios;asio::ip::tcp::acceptoracceptor(ios,ep.protocol());// 打开协议（TCPv4）boost::system::error_code ec;acceptor.bind(ep,ec);// 绑定端点（对应C语言的bind()）if(ec.value()!=0){std::cout<<"Failed to bind the acceptor socket."<<"Error code = "<<ec.value()<<".Message: "<<ec.message();returnec.value();}}

• acceptor的作用：对应 C 语言的socket() + bind() + listen()组合，Asio 提供了便捷构造函数（直接传入 endpoint，一步完成所有操作）和分步操作（更灵活）两种方式。
• ip::address_v4::any()：对应 C 语言的INADDR_ANY（绑定所有网卡的 IP）。

5. 客户端连接：connect_to_end（直连 IP）&dns_connect_to_end（域名解析）

客户端通过套接字连接服务端端点，Asio 封装了连接和 DNS 解析逻辑。

// 直连IP：同步连接intconnect_to_end(){std::string raw_ip_address="192.168.1.124";unsignedshortport_num=3333;try{asio::ip::tcp::endpointep(asio::ip::make_address(raw_ip_address),port_num);asio::io_context ios;asio::ip::tcp::socketsock(ios,ep.protocol());// 创建套接字sock.connect(ep);// 连接端点（对应C语言的connect()）}catch(system::system_error&e){// 异常处理（替代error_code）std::cout<<"Error occured! Error code = "<<e.code()<<".Message: "<<e.what();returne.code().value();}}// 域名解析连接：通过DNS获取IP后连接intdns_connect_to_end(){std::string host="llfc.club";std::string port_num="3333";asio::io_context ios;try{asio::ip::tcp::resolverresolver(ios);// DNS解析器// 解析域名→多个端点（可能是IPv4/IPv6）asio::ip::tcp::resolver::results_type endpoints=resolver.resolve(host,port_num);asio::ip::tcp::socketsock(ios);// 遍历端点并连接（Asio自动处理，直到成功或失败）asio::connect(sock,endpoints);}catch(system::system_error&e){std::cout<<"Error occured! Error code = "<<e.code()<<".Message: "<<e.what();returne.code().value();}}

• resolver（解析器）：对应 C 语言的getaddrinfo()（DNS 解析），Asio 封装了解析过程，返回results_type（多个端点的集合）。
• asio::connect()：自动遍历解析后的端点，尝试连接，直到成功或全部失败（简化了 C 语言中手动遍历addrinfo链表的逻辑）。

6. 服务端接受连接：accept_new_connection

服务端通过acceptor接受客户端的连接请求，得到一个新的套接字用于通信。

intaccept_new_connection(){constintBACKLOG_SIZE=30;// 监听队列大小（对应listen()的backlog参数）unsignedshortport_num=3333;asio::ip::tcp::endpointep(asio::ip::address_v4::any(),port_num);asio::io_context ios;try{asio::ip::tcp::acceptoracceptor(ios,ep.protocol());acceptor.bind(ep);// 绑定端口acceptor.listen(BACKLOG_SIZE);// 开始监听（对应C语言的listen()）asio::ip::tcp::socketsock(ios);acceptor.accept(sock);// 阻塞等待连接（对应C语言的accept()）// 此时sock是与客户端通信的套接字}catch(system::system_error&e){std::cout<<"Error occured! Error code = "<<e.code()<<".Message: "<<e.what();returne.code().value();}}

• acceptor.listen(BACKLOG_SIZE)：设置监听队列大小，对应 C 语言的listen(sockfd, BACKLOG_SIZE)。
• acceptor.accept(sock)：阻塞等待客户端连接，成功后将新的套接字写入sock（对应 C 语言的accept()返回新的文件描述符）。

三、与 C 语言 BSD Socket 的对比

C 语言的 BSD Socket 是过程式的底层 API，直接调用操作系统的系统调用；而 Boost.Asio 是面向对象的封装，基于 C++ 的特性（如类、异常、模板）简化了开发，同时保留了底层功能的灵活性。以下是关键操作的对比：

四、核心差异总结

1. 编程范式：

   • C 语言：过程式，基于文件描述符（整数）和结构体，手动管理内存和资源，代码冗长且易出错（如强制类型转换、结构体填充、内存释放）。
   • Boost.Asio：面向对象，用socket、acceptor、endpoint等类封装底层操作，隐藏了繁琐的细节（如字节序转换、地址结构体填充）。

2. 错误处理：

   • C 语言：通过返回值（如-1）和errno判断错误，需手动调用perror()或strerror()解析错误信息。
   • Boost.Asio：支持错误码（error_code）和异常两种方式，错误信息更丰富（包含错误码和描述），且类型安全。

3. DNS 解析：

   • C 语言：需手动调用getaddrinfo()，遍历返回的addrinfo链表，处理每个端点的连接，最后释放资源。
   • Boost.Asio：用resolver自动解析域名，返回results_type，asio::connect()自动遍历端点并连接，简化了代码。

4. 异步 I/O：

   • C 语言：异步操作需手动使用select/epoll/kqueue等 I/O 多路复用技术，或线程池，开发难度大。
   • Boost.Asio：原生支持异步操作（async_*系列函数），通过回调函数、协程（C++20）或future处理结果，是 Asio 的核心优势之一。

5. 跨平台性：

   • C 语言：需处理不同系统的差异（如 Windows 的 WSA 初始化、closesocket()vsclose()）。
   • Boost.Asio：封装了系统差异，代码无需修改即可在不同平台运行。

五、注意事项

1. io_context的作用：Asio 的所有 I/O 操作都依赖io_context，即使是同步操作，也需要创建它（异步操作还需要调用io_context.run()启动事件循环）。
2. 异常与错误码：代码中同时使用了异常和error_code，Asio 的所有操作都提供了两种重载（带error_code参数的版本不抛异常，不带的版本抛异常），可根据场景选择。
3. 命名空间：代码中使用using namespace boost;简化代码，但实际项目中建议使用namespace ba = boost::asio;这样的别名，避免命名冲突。
4. 资源管理：Asio 的类（如socket、acceptor）都实现了 RAII（资源获取即初始化），析构时会自动释放资源（如关闭套接字），无需手动调用close()（C 语言需手动关闭文件描述符）。