C++ Builder Socket API 實現 TCP/UDP 雙模式客戶端與伺服器完整原始碼

跨平台網路程式設計：Winsock 2.0 原生 API 打造雙協定通訊元件

本文提供完整、可編譯執行的 C++ Builder 專案原始碼，實現同時支援 TCP 與 UDP 的客戶端與伺服器。架構採用非阻塞 Socket + WSAAsyncSelect 事件通知 (客戶端) 與多執行緒 accept/recvfrom 迴圈 (伺服器)，展示專業級網路程式設計範式。

共用核心定義

enum PROTO { TCP = 0, UDP = 1 };
#define WM_SOCK WM_USER + 100  // 自定義視窗訊息
const int MAX_BUF = 4096;

客戶端架構 (UDPClient.h/.cpp)

關鍵類別成員

class TLANForm : public TForm {
    // UI 元件：Port, Prot(TCP/UDP), Addr(IP), TxtEdit(收發顯示), Button1(送出)
    SOCKET m_Socket;           // 通訊 Socket
    PROTO m_Protocol;          // 目前協定
    // 訊息映射
    BEGIN_MESSAGE_MAP
        VCL_MESSAGE_HANDLER(WM_SOCK, TMessage, OnRecv)
    END_MESSAGE_MAP(TForm)
};

核心流程：Button1Click (連線/發送)

1. 驗證 IP/埠口/訊息輸入
2. WSAStartup(MAKEWORD(2,0)) 初始化 Winsock 2.0
3. 建立 Socket：socket(AF_INET, SOCK_STREAM/DGRAM, 0)
4. 綁定本地埠口 (可選，讓 OS 自動分配亦可)
5. TCP：connect + select 確認連線建立
6. 發送：send (TCP) / sendto (UDP)
7. WSAAsyncSelect(m_Socket, Handle, WM_SOCK, FD_READ | FD_CLOSE) 註冊非阻塞事件通知

事件處理：OnRecv

void __fastcall TLANForm::OnRecv(TMessage &Message) {
    switch (WSAGETSELECTEVENT(Message.LParam)) {
        case FD_READ:
            // TCP: recv / UDP: recvfrom
            // 更新 TxtEdit 顯示
            break;
        case FD_CLOSE:
            closesocket(m_Socket);
            break;
    }
}

伺服器架構 (UDPServer.h/.cpp)

雙執行緒設計

• TListenThread：主監聽執行緒，負責 socket/bind/listen (TCP) 或 recvfrom 迴圈 (UDP)
• TCommunication：TCP 專用，每個 accept 產生一個工作執行緒處理單一客戶端收發

TListenThread::Execute 核心邏輯

void __fastcall TListenThread::Execute() {
    InitSocket();           // WSAStartup
    CreateListenSocket();   // socket() 依協定
    SetListenSocket();      // setsockopt SO_OPENTYPE
    BindListenSocket();     // bind(INADDR_ANY, Port)
    
    if (m_Protocol == UDP) {
        // UDP 直接收發迴圈
        while (!Terminated) {
            nSize = recvfrom(m_Socket, buf, ..., &from, &nLen);
            if (nSize > 0) { 顯示; sendto(回傳); }
        }
    } else {
        ListenSocket();     // listen(SOMAXCONN)
        FD_ZERO(&FDS); FD_SET(m_Socket, &FDS);
        while (!Terminated) {
            if (select(1, &FDS, 0, 0, 0) > 0) {
                SOCKET client = accept(m_Socket, ...);
                TCommunication *t = new TCommunication(client, FALSE);
                t->WaitFor(); // 同步等待處理完成 (示範用，實際應非同步)
            }
        }
    }
}

TCommunication::Execute (TCP 客戶端處理)

void __fastcall TCommunication::Execute() {
    nSize = recv(m_AcceptSocket, buf, 4096, 0);
    if (nSize > 0) {
        buf[nSize] = '\0';
        // 顯示於主視窗 Memo1 (需同步)
        Sleep(100); // 模擬處理延遲
        send(m_AcceptSocket, buf, nSize, 0); // Echo 回傳
    }
}

關鍵技術細節總結

生產環境強化清單

1. 封包邊界：TCP 流無邊界，應用層定義長度前綴/分隔符/序列化協定
2. 心跳機制：定期發送 PING 偵測斷線，TCP 長連線必備
3. 緩衝區管理：動態擴充/環狀緩衝區，避免固定 4096 截斷/浪費
4. 執行緒池：伺服器端改用 IOCP / 執行緒池 避免無限建立執行緒
5. 加密傳輸：整合 OpenSSL / Windows SChannel 實現 TLS 1.3
6. IPv6 雙棧：AF_INET6 + getaddrinfo 同時支援 IPv4/IPv6
7. 單元測試：Mock Socket 層，測試協定邏輯與錯誤路徑

此代碼為教學示範，實際專案請依上述清單工程化重構。