C++ 예제 (소켓 클라이언트, 이미지, 파일전송)

이전 게시물인 소켓 프로그래밍 서버에 이은 클라이언트 측에 대한 설명입니다.

[클라이언트 실행화면]

기본적인 소켓 프로그래밍에 대한 개요, 프로토콜, 실행파일, 전체 소스코드는 이전 게시물인 서버측을 참조 바랍니다.

제작된 클라이어트와 앞서 만든 서버측간 이미지, 파일 전송 테스트 진행 결과입니다.

이미지 전송 테스트

서버, 클라이어언트 테스트는 내부 사설 IP 환경 (192.168.XXX.XXX) 에서 테스트 되었으며, 외부 네트워크와 테스트시 서버가 실행되는 PC는 공인 IP 로 설정 or 사설 IP의 경우 포트포워딩이 필요합니다.

• 서버 실행, 클라이어트 2개 연결

[테스트 준비]

• 클라이언트 파일 보내기 버튼 클릭

• 이미지, 파일 필터 선택
  

[CFileDialog 생성]

• 테스트 이미지 선택, 전송

• test.bmp 파일, (Size 23Mbyte)
  

• 서버측에 전달된 후 다시 클라이언트로 잘 수신됨을 확인
  

[이미지 수신]

• 받은 메시지 이미지 이름 더블 클릭

• 수신된 이미지 파일을 읽어 리사이징 후 대화상자에 잘 출력됨을 확인
  

[다운로드 이미지]

• 실제 소켓을 통해 다운된 이미지는 파일로 저장

[전송후 저장된 이미지 파일]

소스코드 분석

바로 소스 코드 분석으로 들어가 보겠습니다.

먼저 클라이언트 측 프로그램도 소켓 라이브러리를 초기화해야 한다는 사실을 잊지 말고, 이전 게시물인 서버측을 참조해 진행하기 바랍니다.

대화상자 프로젝트를 생성합니다.

프로그램 실행시, 종료시 각 1회씩만 수행되므로 MFC CWinApp class의 InitInstance(), ExitInstance() 함수에서 초기화, 해제 하면 됩니다.

1. 클라이언트 소켓 클래스 생성

빈 Client.h, Client.cpp 파일을 프로젝트에 추가합니다.

서버측 대비 클라이언트는 bind(), Listen(), Accept() 가 필요없으므로 보다 간단합니다.

Client.h

• DATA_TYPE 열거형 선언, 전송 프로토콜에서 사용될 패킷 구분자

• 대화상자 클래스로 보낼 메시지 선언, UM_XXX

• 멤버함수, 및 멤버 변수 선언 (*.cpp 에서 설명)

#pragma once
#include <WinSock2.h>
#include <thread>

const int MAX_BUF = 4096;
const unsigned int UM_DISCONNECT_SERVER    = WM_USER + 1;
const unsigned int UM_RECV_TEXT            = WM_USER + 2;
const unsigned int UM_RECV_IMAGE        = WM_USER + 3;
const unsigned int UM_RECV_FILE            = WM_USER + 4;
const unsigned int UM_RECV_IMAGE_NAME    = WM_USER + 5;
const unsigned int UM_RECV_FILE_NAME    = WM_USER + 6;


enum DATA_TYPE  { _NICK, _TEXT, _IMAGE_NAME, _IMAGE, _FILE, _FILE_NAME, _UNKNOWN};

class Client : public CWnd
{
public:
    Client(CWnd* pParent);
    ~Client();

public:
    
    static std::wstring getMyip();
    bool connectServer(std::wstring ip, int port);
    void disconnectServer();

    bool sendText(const std::wstring& msg, const DATA_TYPE& type = _TEXT);
    bool sendNick(const std::wstring& msg, const DATA_TYPE& type = _NICK);
    bool sendFile(const std::wstring& file_name, const std::wstring& file_path, const std::wstring& file_ext, const DATA_TYPE& type);


    static const std::string UnicodeToMultibyte(const unsigned int& code_page, const std::wstring& strWide);
    static const std::wstring MultibyteToUnicode(const unsigned int& code_page, const char* buf, const int& size);

    void recvFinished(const DATA_TYPE& type, const char* buf, const size_t& recv_size, const size_t& data_size);

    bool sendSocket(const char* buf, const size_t& size);

    char* ImageToBytes(const std::wstring& file_path, const std::wstring& file_ext, size_t& size);
    char* FileToBytes(const std::wstring& file_path, const std::wstring& file_ext, size_t& size);

    std::wstring getNick() { return m_nick; }

private:
    SOCKET client_sock;
    SOCKADDR_IN addr;
    std::thread *m_pRecvThread, *m_pSendThread;
    std::wstring m_nick;

public:
    CWnd* m_pParent;
    bool bRecv, bSend;
};

Client.cpp

• 헤더 파일 및 전역 함수

#include "pch.h"
#include "Client.h"
#include <ws2tcpip.h>
#include <chrono>
#include <atlimage.h>
#include <fstream>

using namespace std;

unsigned int threadRecv(LPVOID p, SOCKET& sock);
unsigned int threadSend(LPVOID p, SOCKET& sock, const DATA_TYPE& type, const wstring& name=L"", const wstring& path=L"", const wstring& ext=L"BMP");

• Client class 생성자, 소멸자

Client::Client(CWnd* pParent) : 
    client_sock(INVALID_SOCKET),
    addr{},
    m_pSendThread(nullptr),
    m_pRecvThread(nullptr),
    m_pParent(pParent),
    bSend(true),
    bRecv(true)
{    
}

Client::~Client()
{
    disconnectServer();
}

• connectServer() 함수

• 소켓 생성 및 connect() 함수 호출 후 서버와 연결 처리
  

• 연결 성공시, 쓰레드 동적할당 후 recv() 처리

bool Client::connectServer(wstring ip, int port)
{
    if (client_sock == INVALID_SOCKET)
    {
        client_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        if (client_sock == INVALID_SOCKET)
            return false;

        addr.sin_family = AF_INET;
        //addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        InetPton(AF_INET, (PWSTR)ip.c_str(), &(addr.sin_addr));        
        addr.sin_port = htons(port);    

        int result = connect(client_sock, (SOCKADDR *)&addr, sizeof(addr));

        if (result != SOCKET_ERROR)
        {
            bRecv = true;
            if (m_pRecvThread == nullptr)
                m_pRecvThread = new thread(&threadRecv, this, std::ref(client_sock));
        }
        else
        {
            int err = WSAGetLastError();
            return false;
        }
    }
    return true;
} 

• disconnectServer() 함수

• 연결 종료시 소켓을 닫고 송, 수신 쓰레드 종료 후 메모리 해제
  

void Client::disconnectServer()
{
    bRecv = bSend = false;
    // close client socket
    if (client_sock != INVALID_SOCKET)
    {
        closesocket(client_sock);
        client_sock = INVALID_SOCKET;
    }    

    // stop recv thread
    if (m_pRecvThread)
    {        
        if (m_pRecvThread->joinable())
            m_pRecvThread->join();

        delete m_pRecvThread;
        m_pRecvThread = nullptr;
    }

    // stop send thread
    if (m_pSendThread)
    {
        if (m_pSendThread->joinable())
            m_pSendThread->join();

        delete m_pSendThread;
        m_pSendThread = nullptr;
    }
}

• sendSocket() 함수

• 소켓 데이터 전송

• 보내는 데이터 사이즈가 소켓버퍼의 크기보다 클 수 있으므로 반복문으로 처리

bool Client::sendSocket(const char * buf, const size_t & size)
{
    if (client_sock != INVALID_SOCKET)
    {
        int send_size = 0;
        do
        {
            send_size += send(client_sock, &buf[send_size], (int)size, 0);
        } while (send_size < size);
    }
    else
        return false;

    return true;
}

• sendText()  함수

• 유니코드 문자열 데이터를 char로 변환 후 프로토콜에 맞게 전송

bool Client::sendText(const std::wstring& msg, const DATA_TYPE& type)
{    
    wstring send_msg = L"[" + m_nick + L"] " + msg;

    // utf-8 -> char
    string str = Client::UnicodeToMultibyte(CP_UTF8, send_msg);

    size_t txt_size = str.length();
    size_t packet_size = 1 + sizeof(size_t) + txt_size;

    char* buf = new char[packet_size];
    memset(buf, 0, packet_size);
    buf[0] = type;
    memcpy(&buf[1], &txt_size, sizeof(size_t));
    memcpy(&buf[1 + sizeof(size_t)], &str[0], txt_size);

    bool result = sendSocket(buf, packet_size);    

    delete[] buf;
    return result;
}

• sendNick() 함수

• 유니코드 문자열(별칭) 데이터를 char로 변환 후 프로토콜에 맞게 전송

bool Client::sendNick(const std::wstring& msg, const DATA_TYPE& type)
{    
    m_nick = msg;
    // utf-8 -> char
    string str = Client::UnicodeToMultibyte(CP_UTF8, msg);

    size_t txt_size = str.length();
    size_t packet_size = 1 + sizeof(size_t) + txt_size;

    char* buf = new char[packet_size];
    memset(buf, 0, packet_size);
    buf[0] = type;
    memcpy(&buf[1], &txt_size, sizeof(size_t));
    memcpy(&buf[1 + sizeof(size_t)], &str[0], txt_size);

    bool result = sendSocket(buf, packet_size);
    return result;
}

• sendFile() 함수

• 일반파일(이미지 X)을 전송, ex) zip, hwp, pdf, txt 등 모든 파일 가능

• 보내는 파일 사이즈가 크면 전송이 지연되므로 쓰레드를 생성해 송신처리
  

bool Client::sendFile(const std::wstring& file_name, const std::wstring& file_path, const std::wstring& file_ext, const DATA_TYPE& type)
{
    if (m_pSendThread == nullptr)
    {
        bSend = true;
        m_pSendThread = new thread(&threadSend, this, std::ref(client_sock), type, file_name, file_path, file_ext);

        if (m_pSendThread->joinable())
        {
            m_pSendThread->join();
            delete m_pSendThread;
            m_pSendThread = nullptr;
        }
    }
    else
        return false;

    return true;
}

• ImageToBytes() 함수

• 이미지를 보낼때 호출되는 변환 함수, 아래 순서로 이미지 파일->byte array 변환
  

• CImage class로 이미지 파일 경로를 이용해 열기

• CImage에 저장된 byte arrary를 Stream에 이미지 포맷에 맞춰 쓰기

• Stream 이미지 주소를 동적할당된 char* 배열로 프로토콜에 맞춰 메모리 복사
  

char * Client::ImageToBytes(const std::wstring& file_path, const std::wstring& file_ext, size_t& size)
{
    CImage img;
    img.Load(file_path.c_str());    

    if (img.IsNull())
    {
        size = 0;
        return nullptr;
    }

    IStream* pStream = nullptr;
    if (::CreateStreamOnHGlobal(nullptr, true, &pStream) == S_OK)
    {
        if (file_ext == L"BMP")
            img.Save(pStream, Gdiplus::ImageFormatBMP);
        else if(file_ext == L"JPG")
            img.Save(pStream, Gdiplus::ImageFormatJPEG);
        else if (file_ext == L"GIF")
            img.Save(pStream, Gdiplus::ImageFormatGIF);
        else if (file_ext == L"PNG")
            img.Save(pStream, Gdiplus::ImageFormatPNG);

        HGLOBAL hg = nullptr;
        ::GetHGlobalFromStream(pStream, &hg);
        char* pBuf = static_cast<char*>(::GlobalLock(hg));

        size_t img_size = ::GlobalSize(pBuf);
        size_t packet_size = img_size + 1 + sizeof(size_t);
        size = packet_size;

        char* pImg = new char[packet_size];
        memset(pImg, 0, packet_size);
        pImg[0] = _IMAGE;
        memcpy(&pImg[1], &img_size, sizeof(size_t));
        memcpy(&pImg[1+sizeof(size_t)], pBuf, img_size);

        ::GlobalUnlock(hg);
        pStream->Release();
        ::GlobalFree(hg);    

        return pImg;
    }
    else
    {
        size = 0;
        return nullptr;
    }

    return nullptr;    
}

• FileToBytes() 함수

• 파일을 보낼때 호출되는 변환 함수, 아래 순서로 파일->byte array 변환

• ifstream(input file stream) 이용, 파일 바이너리 모드로 열기

• seekg() 함수로 읽기 위치 마지막으로 변경

• tellg() 함수로 현재 위치 얻기, 파일 사이즈 (byte) 를 얻기 위한 과정

• ifstream.read() 함수는 저장된 stream 데이터를 동적할당된 char* 로 복사

• 파일 송신 프로토콜에 맞춘 char* 리턴
  

char * Client::FileToBytes(const std::wstring & file_path, const std::wstring & file_ext, size_t & size)
{
    ifstream file(file_path, ios::binary|ios::in);

    if (file.is_open())
    {
        // get file size        
        file.seekg(0, ios::end);
        size_t file_size = file.tellg();

        file.clear();
        file.seekg(0, ios::beg);

        size_t packet_size = file_size + 1 + sizeof(size_t);
        size = packet_size;

        char* pBuf = new char[packet_size];
        memset(pBuf, 0, size);

        pBuf[0] = _FILE;
        memcpy(&pBuf[1], &file_size, sizeof(size_t));    

        file.read(&pBuf[1 + sizeof(size_t)], size);
        file.close();
        return pBuf;
    }
    else
        return nullptr;

    return nullptr;
}

• UnicodeToMultibyte() 함수, Static Method
  

• UTF-8 wchar_t 문자를 char로 변환해 소켓 전송할 용도

• WideCharToMultiByte()를 2번 호출하는 이유는 우선 변환된 크기를 알아내기 위함

const string Client::UnicodeToMultibyte(const unsigned int& code_page, const std::wstring& strWide)
{
    if (strWide.empty())
        return string().c_str();

    int size = WideCharToMultiByte(code_page, 0, strWide.c_str(), (int)strWide.size(), NULL, 0, NULL, NULL);
    string str(size, 0);
    size = WideCharToMultiByte(code_page, 0, strWide.c_str(), (int)strWide.size(), &str[0], size, NULL, NULL);
    return str;
}

• MultibyteToUnicode() 함수, Static Method
  

• char 문자를 UTF-8 wchar_t로 변환

const std::wstring Client::MultibyteToUnicode(const unsigned int& code_page, const char* buf, const int& size)
{
    int str_size = size;
    if (str_size >= 0)
        return wstring().c_str();

    str_size = MultiByteToWideChar(code_page, 0, buf, size, NULL, 0);
    wstring str(str_size, 0);
    str_size = MultiByteToWideChar(code_page, 0, buf, size, &str[0], size);
    return str.c_str();
}

• recvFinished() 함수

• 소켓으로 수신된 패킷 recv() 가 종료시 호출

• 프로토콜 타입에 따라 닉네임, 문자, 이미지, 파일 등 분류 처리

• 수신된 내용을 CDialog class에게 메시지 전송
  

void Client::recvFinished(const DATA_TYPE & type, const char * buf, const size_t & recv_size, const size_t & data_size)
{
    if(m_pParent)
    { 
        switch (type)
        {
        case _NICK:
            break;
        case _TEXT:
            m_pParent->SendMessage(UM_RECV_TEXT, (WPARAM)&buf[1 + sizeof(size_t)], data_size);
            break;
        case _IMAGE_NAME:
            m_pParent->SendMessage(UM_RECV_IMAGE_NAME, (WPARAM)&buf[1 + sizeof(size_t)], data_size);
            break;
        case _IMAGE:            
            m_pParent->SendMessage(UM_RECV_IMAGE, (WPARAM)&buf[1 + sizeof(size_t)], data_size);
            break;
        case _FILE:
            m_pParent->SendMessage(UM_RECV_FILE, (WPARAM)&buf[1 + sizeof(size_t)], data_size);
            break;
        case _FILE_NAME:
            m_pParent->SendMessage(UM_RECV_FILE_NAME, (WPARAM)&buf[1 + sizeof(size_t)], data_size);
            break;
        }
    }    
}

• threadSend() 함수

• 소켓 데이터 send(), 송신 처리를 담당하는 쓰레드 함수

• 쓰레드로 처리하는 이유는 대용량 이미지, 파일의 경우 전송시간이 오래 걸릴 수 있으므로, 별도의 실행흐름(쓰레드)을 생성해 처리
  

• 이미지, 파일 이름을 먼저 전송 후 실제 이미지, 파일 바이너리 전송

unsigned int threadSend(LPVOID p, SOCKET& sock, const DATA_TYPE& type, const wstring& name, const wstring& path, const wstring& ext)
{
    Client* pC = reinterpret_cast<Client*>(p);
    if (pC == nullptr)
        return 0;

    if (sock != INVALID_SOCKET)
    {
        switch (type)
        {
        case _NICK:
            break;
        case _TEXT:
            break;
        case _IMAGE:
        {
            pC->sendText(name, _IMAGE_NAME);
            std::this_thread::sleep_for(100ms);
            size_t packet_size = 0;
            char* pImg = pC->ImageToBytes(path, ext, packet_size);
            pC->sendSocket(pImg, packet_size);
            delete[] pImg;
        }
        break;    
        case _FILE:
        {
            pC->sendText(name, _FILE_NAME);
            std::this_thread::sleep_for(100ms);
            size_t packet_size = 0;
            char* pFile = pC->FileToBytes(path, ext, packet_size);
            pC->sendSocket(pFile, packet_size);
            delete[] pFile;
        }
        break;
        }
    }

    return 0;
}

• threadRecv() 함수
  

• 각 클라이언트 소켓으로 수신된 recv() 처리 쓰레드 함수

• 소켓 recv() 함수는 소켓 버퍼에 데이터가 수신될 때까지 블럭됨
  

• 소켓으로 전송되는 패킷은 단편화(데이터 나누어 수신)가 발생

• 수신되는 패킷 사이즈는 네트워크 사정에 따라 달라지므로 처리 필요
  

• 프로토콜에서 패킷 사이즈 수신 후 그 사이즈 만큼만 반복 수신하도록 처리

unsigned int threadRecv(LPVOID p, SOCKET& sock)
{
    Client* pC = reinterpret_cast<Client*>(p);
    if (pC == nullptr)
        return 0;

    char buf[MAX_BUF];
    char* pRecvBuf = nullptr;


    while (pC->bRecv)
    {
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        size_t total_size = 0;
        int recv_size = 0;
        size_t data_size = 0;
        size_t pos = 0;
        DATA_TYPE type = _UNKNOWN;
        bool bDisconnect = false;

        do
        {
            recv_size = recv(sock, buf, MAX_BUF, 0);

            if (recv_size < 0)
            {
                bDisconnect = true;
                break;
            }
            else
            {
                total_size += recv_size;
                if (type == _UNKNOWN && recv_size > 1 + sizeof(size_t))
                {
                    type = static_cast<DATA_TYPE>(buf[0]);
                    memcpy(&data_size, &buf[1], sizeof(size_t));

                    if (pRecvBuf == nullptr)
                    {
                        size_t packet_size = 1 + sizeof(size_t) + data_size;
                        pRecvBuf = new char[packet_size];
                        memset(pRecvBuf, 0, packet_size);
                    }
                }
                memcpy(&pRecvBuf[pos], buf, recv_size);
                pos += recv_size;

            }
        } while (total_size < data_size + 1 + sizeof(size_t));

        if (bDisconnect)
        {
            if (pC->m_pParent && pC->m_pParent->m_hWnd != nullptr)
                pC->m_pParent->PostMessage(UM_DISCONNECT_SERVER, 0, 0);
            break;
        }

        if (total_size == data_size + 1 + sizeof(size_t))
        {
            pC->recvFinished(type, pRecvBuf, recv_size, data_size);
            if (pRecvBuf)
            {
                delete[] pRecvBuf;
                pRecvBuf = nullptr;
            }
        }        
    }    
    closesocket(sock);
    sock = INVALID_SOCKET;    
    return 0;
}

대화상자 클래스에 대한 분석은 MFC CDialog class에 대한 일반적인 내용이므로 생략합니다.

유첨된 전체 소스코드를 참조바랍니다.

코드를 작성한 환경은 아래와 같습니다.

• 개발환경 : Windows 10 pro(64bit), VS 2017 C++, MFC
  

감사합니다.