[C#技术参考]Socket传输结构数据

2022-08-02 10:23:56

最近在做一个机器人项目，要实时的接收机器人传回的坐标信息，并在客户端显示当前的地图和机器人的位置。当然坐标的回传是用的Socket，用的是C++的结构体表示的坐标信息。但是C#不能像C++那样很easy的把字节数组byte[]直接的转换成结构，来发送和接收。在C#中要多做一些工作。但是在C或者C++中这是一件很容易的事，只需要一个函数：

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);//从源src所指的内存地址的起始位置开始拷贝n个字节到目标dest所指的内存地址的起始位置中

下面来完成通过C#实现Socket传输结构数据。

1. 仿照C++的结构写出C#的结构体来：为了便于复用，把它放在一个单独类里面

public class SocketStruct
{
   [Serializable]//指示可以序列化
   [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]//按1字节对齐
   public struct Operator
   {
       public ushort id;
 
       [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 11)]//大小11个字节
       public char[] name;
 
       [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 9)]//大小9个字节
       public char[] password;
 
       //结构体的构造函数
       public Operator(string _name, string _password)
       {
           this.id = 1000;
           //string.PadRight(int length, char ch);
           //把这个字符串扩充到11个字符的长度，在右边填充字符‘\0’
           //达到的效果就是字符串左对齐，右边填充一些字符
           this.name = _name.PadRight(11, ‘\0‘).ToCharArray();
           this.password = _password.PadRight(9, ‘\0‘).ToCharArray();
       }//构造函数
 
   }//struct
}

2. 既然要接收C++发送过来的数据,就要注意C#和C++数据类型的对应关系:

C++与C#的数据类型对应关系表:

[C#技术参考]Socket传输结构数据

所以上面定义的整个结构的字节数是22个bytes.

注意区分上面的字节和字符。计算机存储容量基本单位是字节（Byte），8个二进制位组成1个字节，一个标准英文字母占一个字节位置，一个标准汉字占二个字节位置。字符是一种符号，同存储单位不是一回事，它是一种抽象的、逻辑的类型，与int等一样。byte是物理的单位。

对应的C++结构体是:

typedef struct
{
    WORD id;
    CHAR namep[11];
    CHAR password[9];
}Operator;

3. 在发送数据时,要先把结果转换成字节数组，在接收到数据之后要把字节数组还原成原本的结构。具体的代码如下，为了便于复用，写成一个类：

public class BytesAndStruct
{
    /// <summary>
    /// 将结构转化为字节数组
    /// </summary>
    /// <param name="obj">结构对象</param>
    /// <returns>字节数组</returns>
    public static byte[] StructToBytes(object obj)
    {
        //得到结构体的大小
        int size = Marshal.SizeOf(obj);
        //分配结构体大小的内容空间
        IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
        //将结构体copy到分配好的内存空间
        Marshal.StructureToPtr(obj, structPtr, false);
 
        //创建byte数组
        byte[] bytes = new byte[size];
 
        //从内存空间拷贝到byte数组
        Marshal.Copy(structPtr, bytes, 0, size);
 
        //释放内存空间
        Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
        //返回byte数组
        return bytes;
    }//StructToBytes
 
    /// <summary>
    /// byte数组转换为结构
    /// </summary>
    /// <param name="bytes">byte数组</param>
    /// <param name="type">结构类型</param>
    /// <returns>转换后的结构</returns>
    public static object BytesToStruct(byte[] bytes, Type type)
    {
        //得到结构体的大小
        int size = Marshal.SizeOf(type);
        //byte数组的长度小于结构的大小，不能完全的初始化结构体
        if (size > bytes.Length)
        {
            //返回空
            return null;
        }
 
        //分配结构大小的内存空间
        IntPtr structPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
        //将byte数组拷贝到分配好的内存空间
        Marshal.Copy(bytes, 0, structPtr, size);
        //将内存空间转换为目标结构
        object obj = Marshal.PtrToStructure(structPtr, type);
        //释放内存空间
        Marshal.FreeHGlobal(structPtr);
        //返回结构
        return obj;
    }
}

这是个工具类，里面的方法都是静态的。

写一点注意的技巧：

在结构转换成字节数据的时候，要把结构的类型作为参数传递到函数中去，所以函数接收的参数是一个类型。这时用到了C#中的Type类。

C#中通过Type类可以访问任意数据类型信息。
1.获取给定类型的Type引用有3种方式：
  a.使用typeof运算符，如Type t = typeof(int);
  b.使用GetType()方法，如int i;Type t = i.GetType();
  c.使用Type类的静态方法GetType()，如Type t =Type.GetType("System.Double");
2.Type的属性：
  Name：数据类型名；
  FullName：数据类型的完全限定名，包括命名空间；
  Namespace：数据类型的命名空间；
  BaseType：直接基本类型；
  UnderlyingSystemType：映射类型；
3.Type的方法：
  GetMethod()：返回一个方法的信息；
  GetMethods()：返回所有方法的信息。

这里其实就是：

Type type = myOper.GetType();//其中myOper是一个结构

然后就能利用type做一些反射的操作了，我们这里只是用它得到结构的大小。

下面就是实际的操作使用：

在贴代码之前，先学习一个方法，我们能把字符串和字节数组很好的转换了，现在也能把结构体和字节数组转换了，但是字符数组和字符串怎么转换呢：

string 转换成 Char[]
    string ss="abcdefg";
    char[] cc=ss.ToCharArray();
 
Char[] 转换成string
    string s=new string(cc);

先来看客户端代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
 
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
 
namespace ConsoleApplication7
{
    class Program
    {
        private static byte[] buffer = new byte[1024];
 
        static void Main(string[] args)
        {
            //设定服务器ip地址
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
            Socket clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            try 
            {
                clientSocket.Connect(new IPEndPoint(ip, 8887));
                Console.WriteLine("连接服务器成功");
            }
            catch(Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("服务器连接失败，请按回车退出");
                return;
            }
 
            //通过clientSocket接收数据
            int receiveNumber = clientSocket.Receive(buffer);
            byte[] receiveBytes = new byte[receiveNumber];
            //利用Array的Copy方法，把buffer的有效数据放置到一个新的字节数组
            Array.Copy(buffer, receiveBytes, receiveNumber);
 
            //建立一个新的Operator类
            SocketStruct.Operator myOper = new SocketStruct.Operator();
            myOper = (SocketStruct.Operator)(BytesAndStruct.BytesToStruct(receiveBytes, myOper.GetType()));
            string id = myOper.id.ToString();
            string name = new string(myOper.name);
            string password = new string(myOper.password);
            Console.WriteLine("结构体收到：" + id + " " + name + " " + password );
         
            //启动新的线程，给Server连续发送数据
            Thread sendThread = new Thread(SendMessage);
            //把线程设置为前台线程，不然Main退出了线程就会死亡
            sendThread.IsBackground = false;
            sendThread.Start(clientSocket);
 
            Console.ReadKey();
 
        }//Main
 
        /// <summary>
        /// 启动新的线程，发送数据
        /// </summary>
        /// <param name="clientSocket"></param>
        private static void SendMessage(object clientSocket)
        {
            Socket sendSocket = (Socket)clientSocket;
            //利用新线程，通过sendSocket发送数据
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                try
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    string sendMessage = "client send Message Hellp" + DateTime.Now;
 
                    sendSocket.Send(Encoding.ASCII.GetBytes(sendMessage));
                    Console.WriteLine("向服务器发送消息：{0}", sendMessage);
 
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    sendSocket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
                    sendSocket.Close();
                    //一旦出错，就结束循环
                    break;
                }
            }//for
        }//SendMessage()
 
    }//class
}

这里注意一下，我们的接收数据缓冲区一般都设置的要比实际接收的数据要大，所以会空出一部分。但是在把字节数组转换成结构的时候，要丢弃这些空白，所以按照接收到的字节的大小，重新new一个字节数字，并把有效数据拷贝进去。然后再转换成结构。

服务器代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
 
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
 
namespace ConsoleApplication6
{
    class Program
    {
        //定义接收缓冲数组，端口号，监听socket
        private static byte[] buffer = new byte[1024];
        private static int port = 8887;
        private static Socket serverSocket;
        private static byte[] Message = BytesAndStruct.StructToBytes(new SocketStruct.Operator("stemon", "@xiao"));
 
        static void Main(string[] args)
        {
            //服务器IP地址
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
 
            serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            serverSocket.Bind(new IPEndPoint(ip, port));//绑定IP地址：端口
            serverSocket.Listen(10);//设定最多10个连接请求排队
            Console.WriteLine("监听：" + serverSocket.LocalEndPoint.ToString());
 
            //建立线程监听client连接请求
            Thread myThread = new Thread(ListenClientConnection);
            //myThread.IsBackground = true;
            myThread.Start();
 
        }//Main()
 
        /// <summary>
        /// 新线程：监听客户端连接
        /// </summary>
        private static void ListenClientConnection()
        {
            while (true)
            {
                Socket clientSocket = serverSocket.Accept();
                //把转换好的字节数组发送出去
                clientSocket.Send(Message);
                //没接收到一个连接，启动新线程接收数据
                Thread receiveThread = new Thread(ReceiveMessage);
                receiveThread.Start(clientSocket);
            }//while
 
        }//ListenClientConnection()
 
        /// <summary>
        /// 接收数据消息
        /// </summary>
        /// <param name="clientSocket">监听socket生成的普通通信socket</param>
        private static void ReceiveMessage(object clientSocket)
        { 
            Socket myClientSocket = (Socket)clientSocket;
            while (true)
            {
                try
                {
                    //通过myClientSocket接收数据
                    int receiveNumber = myClientSocket.Receive(buffer);
                    Console.WriteLine("接收客户端{0}消息{1}", myClientSocket.RemoteEndPoint.ToString(), Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, receiveNumber));
                }
                catch(Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine(ex.Message);
                    //关闭所有的Socket连接功能Receive、Send、Both
                    myClientSocket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
                    myClientSocket.Close();
                    break;
                }
            }//while
        }//ReceiveMessage()
 
    }//class
}

这个程序代码的不好之处在于没有很好的处理好socket的关闭。不过这不是重点。

重点是实现C#中发送结构体数据。

[C#技术参考]Socket传输结构数据

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