Чтение онлайн

Ориентироваться мы будем только на два протокола передачи данных — TCP и UDP. Хотя библиотека сокетов поддерживает и другие протоколы, но эти два, во-первых, применяются наиболее часто, а во-вторых, именно на них во многом ориентированы стандартные сокеты. Поэтому здесь мы не будем касаться особенностей работы функций библиотеки сокетов, которые проявляются только для протоколов, отличных от TCP и UDP. Объем информации, с которой придется познакомиться, и без того большой, а с другими протоколами легче ознакомиться потом, изучив TCP и UDP.

Сначала рассмотрим классические методы работы с сокетами, которые не учитывают ни существования окон и оконных сообщений, ни возможности распараллеливания работы программы на несколько нитей. Это. впрочем, не означает, что программа, использующая эти методы, должна быть безоконной и однонитевой, оконные и многонитевые программы есть среди примеров этого раздела. Просто приспосабливать стандартные сокеты к окнам и распараллеливанию приходится вручную, а не за счет средств самой библиотеки. Тем не менее из-за своей простоты стандартные сокеты нередко оказываются более удобными, чем сокеты Windows, даже в оконных приложениях.

Первые библиотеки сокетов писались на языке С. В этом языке идентификаторы чувствительны к регистру символов, т.е., например,

, и  — разные идентификаторы. Исторически сложилось, что имена встроенных в C типов данных пишутся в нижнем регистре, имена определенных в программе типов, макроопределений и констант — в верхнем, а имена функций — в смешанном (прописные буквы выделяют начала слов, например, ). Разработчики библиотеки сокетов несколько отошли от этих правил: имена всех стандартных сокетных функций пишутся в нижнем регистре. И хотя мы и программируем на Паскале, нечувствительном к регистру символов, все же будем придерживаться этой традиции, пусть это не удобно, зато не будет расхождений с другими источниками.

Чувствительность С к регистру символов создаст некоторые проблемы при переноce библиотек, написанных на этом языке, в Delphi. Это связано с тем, что разные объекты могут иметь имена, различающиеся только регистром символов, в частности, есть тип

и функция . Сохранить эти имена в Delphi невозможно. Чтобы избежать этой проблемы, разработчики Delphi при переносе библиотек к имени типа добавляют букву "", причем независимо от того, существуют ли у этого типа одноименные функции или нет. Так, типу из С в Delphi соответствует . Имена функций остаются без изменений.

Ранее был упомянут термин "макроопределение". Он может быть непонятен тем, кто не работал с языками С и C++, потому что в Delphi макроопределения отсутствуют. Нормальная последовательность трансляции программы в Delphi следующая: сначала компилятор создает объектный код, в котором вместо реальных адресов функций, переменных и т.п. стоят ссылки на них (на этапе компиляции эти адреса еще не известны). Затем компоновщик размещает объекты в памяти и заменяет ссылки реальными адресами. Так получается готовая к исполнению программа. В С/C++ трансляция включает в себя еще один этап: перед компиляцией текст программы модифицируется препроцессором, и компилятор получает уже несколько видоизмененный текст. Макроопределения, или просто макросы, — это директивы препроцессору, предписывающие ему, как именно нужно менять текст программы. Макрос задаст подмену: везде, где в программе встречается имя макроса, препроцессор изменяет его на тот текст, который задан при определении этого макроса. Определяются макросы с помощью директивы препроцессору

.

В простейшем случае макросы используются для определения констант. Например, директива

вынуждает препроцессор заменять на 10. Для компилятора эта директива ничего не значит, идентификатора для него не существует. Он получит уже измененный препроцессором текст, в котором вместо будет 10. Допускается также создавать параметризованные макросы, которые изменяют текст программы по более сложным правилам.

Макросы позволяют в некоторых случаях существенно сократить программу и повысить ее читабельность. Тем не менее они считаются устаревшим средством. т.к. их использование может привести к существенным проблемам (обсуждение этого выходит за рамки данной книги). В современных языках от макросов отказываются. В частности, в C++ макросы поддерживаются в полном объеме, но использовать их не рекомендуется, т.к. есть более безопасные инструменты, решающие типичные для макросов задачи. В С# и Java макросы отсутствуют. Тем не менее в заголовочных файлах для системных библиотек Windows (в том числе и библиотеки сокетов) макросы широко применяются, т.к. требуется обеспечить совместимость с языком С. При портировании таких файлов в Delphi макросы без параметров заменяются константами, а макросы с параметрами — функциями (иногда один макрос приходится заменять несколькими функциями для разных типов данных).

Сокетом (от англ. socket — гнездо, розетка) называется специальный объект, создаваемый для отправки и получения данных через сеть. Отметим, что под термином "объект" в данном случае подразумевается не объект в терминах объектно-ориентированного программирования, а некоторая сущность, внутренняя структура которой скрыта от нас, и мы можем оперировать с ней только как с единым и неделимым (атомарным) объектом. Этот объект создается внутри библиотеки сокетов, а программист, работающий с данной библиотекой, получает уникальный номер (дескриптор) этого сокета. Конкретное значение этого дескриптора не несет для программиста никакой полезной информации и может быть использовано только для того, чтобы при вызове функции из библиотеки сокетов указать, с каким сокетом требуется выполнить операцию. В этом смысле тип

полностью аналогичен дескрипторам окон, графических объектов и т.п., с которыми мы встречались в предыдущей главе.

Чтобы две программы могли общаться друг с другом через сеть, каждая из них должна создать сокет. Каждый сокет обладает двумя основными характеристиками: протоколом и адресом, к которым он привязан. Протокол задается при создании сокета и не может быть изменен впоследствии. Адрес сокета задаётся позже, но обязательно до того, как через сокет пойдут данные. В некоторых случаях привязка сокета к адресу может быть неявной. 

Формат адреса сокета определяется конкретным протоколом. В частности, для протоколов TCP и UDP адрес состоит из IP-адреса сетевого интерфейса и номера порта.

Каждый сокет имеет два буфера: для входящих и для исходящих данных. При отправке данных они сначала помещаются в буфер исходящих, и лишь затем отправляются в фоновом режиме. Программа в это время продолжает свою работу. При получении данных сокет помещает их в буфер для входящих, откуда они затем могут извлекаться программой.

Сеть может связывать разные аппаратные платформы, поэтому требуется согласование форматов передаваемых данных, в частности форматов целых чисел. Двухбайтные целые числа хранятся в памяти в двух последовательно расположенных байтах. При этом возможны два варианта: в первом байте хранится младший байт числа, а во втором — старший, и наоборот. Способ хранения определяется аппаратной частью платформы. Процессоры Intel используют первый вариант, т.е. первым хранится младший байт, а другие процессоры (например, Motorola) — второй вариант. То же касается и четырёхбайтных чисел: процессоры Intel хранят их, начиная с младшего байта, а некоторые другие процессоры — начиная со старшего. Сетевой формат представления таких чисел совпадает с форматом процессора Motorola, т.е. на платформах с процессором Intel необходимо переставлять байты при преобразовании чисел в сетевой формат.

Библиотека сокетов разрабатывалась для ОС Unix в которой традиционно высоко ценилась переносимость между платформами, поэтому она содержит функции, позволяющие не задумываться о порядке байтов в числах:

, , и . Первая буква в названии этих функций показывает, в каком формате дано исходное число (n — Network — сетевом формат, h — Host — формат платформы), четвертая буква — формат результата, последняя буква — разрядность (s — Short — двухбайтное число, l — Long — четырёхбайтное число). Например, функция принимает в качестве параметра число типа (Word) в формате платформы и возвращает то же число в сетевом формате. Реализация этих функций для каждой платформы своя: где-то они переставляют байты, где-то они возвращают в точности то число, которое было им передано. Благодаря этим функциям программы становятся переносимыми. Хотя для программиста на Delphi вопросы переносимости не столь актуальны, приходится прибегать к этим функциям хотя бы потому, что байты переставлять нужно, а никакого более удобного способа для этого не существует.