STM32F4-Base/simulator/sim/net_socket_sim.c

/*
 * 模块名称：Network Socket API (Winsock 模拟器后端)
 * 模块功能：以 Windows Winsock2 实现 net_socket.h 的 BSD Socket 核心 API，
 *          使 PC 模拟器与 MCU 端可共用同一份上层网络代码（ui_net_sink.c 等）
 * 适用平台：Windows (Winsock2)；构建时须定义 NET_NO_OS（剥离 FreeRTOS 相关接口）
 * 作者：王建锋
 * 创建日期：2026-09-10
 * 修改记录：
 *     2026-09-10  王建锋  创建初始版本（RemoDispBus 双端共用 net_* 后端）
 *
 * 设计要点：
 *   1. fd 采用与 MCU 端一致的"控制块索引"模型（0 ~ NET_MAX_SOCKETS-1）
 *   2. Winsock 句柄创建即置非阻塞（ioctlsocket FIONBIO），阻塞语义在包装层
 *      按控制块 blocking 属性模拟（模式归使用者——blocking=1
 *      时 recv 轮询等待（Sleep(1)），=0 或 NET_MSG_DONTWAIT 立即 WOULDBLOCK），
 *      使 net_recv / net_recv_nb / net_recv_to / net_accept 的语义与 MCU 端一致
 *   3. 代次号在模拟器上恒为 0（无"网络重建"概念），net_get_generation 恒返回 0
 *   4. net_get_sock 以 in_use 判活，供上层判断"监听 Socket 是否随客户端一同失效"
 *   5. Winsock 句柄存放于并行数组 s_ws[]，不侵入共享的 net_sock_t 结构体
 */

/*
 * 注意：net_types.h（经 net_socket.h）必须先于 winsock2.h 包含。
 * MSVC 的 C 编译器在 winsock2.h 定义 Windows 宏之后再解析本项目的地址结构体
 * （struct net_in_addr / net_sockaddr_in）会报 C2143 / C2079；ARMCC 无此限制。
 * 故此处先引入 net 类型，再引入 Winsock（net_socket.h 本身不依赖 Winsock）。
 */
#include "net_socket.h"

#ifndef WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#endif
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>

#include <string.h>
#include <stdio.h>

/* WSA 版本号（MAKEWORD(2,2)） */
#define NET_SIM_WSA_VERSION   0x0202
/* 监听 backlog（单客户端） */
#define NET_SIM_BACKLOG       1

/* 控制块公开视图（in_use 判活，供 net_get_sock）与 Winsock 句柄并行数组 */
static net_sock_t s_socks[NET_MAX_SOCKETS];
static SOCKET     s_ws[NET_MAX_SOCKETS];
static int        s_net_errno   = NET_OK;   /* 最近一次操作错误码 */
static int        s_generation  = 0;        /* 网络代次（模拟器恒为 0） */

/*
 * 函数功能：确保 Winsock 已初始化（幂等）
 * 入口参数：无
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 - 就绪，-1 - WSAStartup 失败
 * 限定条件：无
 * 函数说明：任何 Socket 操作前先调用；已初始化则直接返回
 */
static int ensure_wsa(void) {
    static int s_done = 0;

    if (s_done == 0) {
        WSADATA wsa;
        if (WSAStartup(NET_SIM_WSA_VERSION, &wsa) != 0) {
            return -1;
        }
        s_done = 1;
    }
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：分配一个空闲 fd（控制块索引）
 * 入口参数：无
 * 出口参数：无
 * 返回值：空闲索引（0 ~ NET_MAX_SOCKETS-1），-1 表示无空闲
 * 限定条件：s_socks 已定义
 * 函数说明：线性扫描，返回首个 in_use == 0 的控制块索引
 */
static int alloc_fd(void) {
    int i;

    for (i = 0; i < NET_MAX_SOCKETS; i++) {
        if (s_socks[i].in_use == 0) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

/*
 * 函数功能：net_sockaddr 拷贝为 Winsock sockaddr_in
 * 入口参数：addr - 源地址（net_sockaddr，AF_INET 实为 net_sockaddr_in）
 *          out  - 输出 Winsock 地址
 * 出口参数：out  - 填充
 * 返回值：无
 * 限定条件：两结构体布局一致（均 16 字节，字段偏移相同）
 * 函数说明：字段偏移一致，按 sizeof 直接拷贝
 */
static void to_ws_addr(const struct net_sockaddr *addr, struct sockaddr_in *out) {
    memcpy(out, addr, sizeof(struct sockaddr_in));
}

/*
 * 函数功能：Winsock sockaddr_in 拷贝为 net_sockaddr
 * 入口参数：in   - 源 Winsock 地址
 *          out  - 输出 net_sockaddr
 * 出口参数：out  - 填充
 * 返回值：无
 * 限定条件：两结构体布局一致（均 16 字节，字段偏移相同）
 * 函数说明：字段偏移一致，按 sizeof 直接拷贝
 */
static void from_ws_addr(const struct sockaddr_in *in, struct net_sockaddr *out) {
    memcpy(out, in, sizeof(struct sockaddr_in));
}

/*
 * 函数功能：网络子系统初始化（模拟器：仅确保 Winsock 就绪）
 * 入口参数：ip/mask/gateway/mac - 均忽略（模拟器无 CH395F 协议栈）
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 - 成功，-1 - WSA 初始化失败
 * 限定条件：无
 * 函数说明：与 MCU 端 net_init 语义对齐，供上层统一调用
 */
int net_init(const char *ip, const char *mask, const char *gateway, const uint8_t *mac) {
    (void)ip;
    (void)mask;
    (void)gateway;
    (void)mac;

    if (ensure_wsa() != 0) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }
    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：取网络代次号
 * 入口参数：无
 * 返回值：代次号（模拟器恒为 0）
 * 限定条件：无
 * 函数说明：模拟器无网络重建，代次恒 0，使上层代次自愈逻辑空转
 */
uint32_t net_get_generation(void) {
    return (uint32_t)s_generation;
}

/*
 * 函数功能：递增网络代次号
 * 入口参数：无
 * 返回值：无
 * 限定条件：无
 * 函数说明：模拟器不会触发，保留接口以对齐 API
 */
void net_generation_inc(void) {
    s_generation++;
}

/*
 * 函数功能：轮询所有 Socket 状态
 * 入口参数：无
 * 返回值：0（Winsock 非阻塞 I/O 直接反映事件，无需中断轮询）
 * 限定条件：无
 * 函数说明：模拟器无 CH395F 中断，空操作
 */
int net_poll(void) {
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：创建 socket
 * 入口参数：domain - 地址族（仅 AF_INET）
 *          type   - NET_SOCK_STREAM(TCP) 或 NET_SOCK_DGRAM(UDP)
 * 出口参数：无
 * 返回值：socket 描述符（0 ~ NET_MAX_SOCKETS-1），失败 -1
 * 限定条件：Winsock 已就绪
 * 函数说明：分配空闲控制块，创建 Winsock SOCKET 并置非阻塞
 */
int net_socket(int domain, int type) {
    int idx;
    int is_udp;
    SOCKET ws;
    u_long nb = 1;

    (void)domain;

    if (ensure_wsa() != 0) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    idx = alloc_fd();
    if (idx < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    is_udp = (type == NET_SOCK_DGRAM);
    ws = socket(AF_INET, is_udp ? SOCK_DGRAM : SOCK_STREAM,
               is_udp ? IPPROTO_UDP : IPPROTO_TCP);
    if (ws == INVALID_SOCKET) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    if (ioctlsocket(ws, FIONBIO, &nb) != 0) {
        closesocket(ws);
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    memset(&s_socks[idx], 0, sizeof(net_sock_t));
    s_socks[idx].in_use = 1;
    s_socks[idx].type = (uint8_t)type;
    s_socks[idx].state = NET_SOCK_STATE_CREATED;
    s_socks[idx].ch395_sock = (uint8_t)idx;
    /* 阻塞模式默认 = 阻塞（与 MCU 端 net_socket 一致；
     * Winsock 句柄仍恒非阻塞，阻塞语义由包装层按本属性模拟，见文件头要点 2） */
    s_socks[idx].blocking = 1;
    s_ws[idx] = ws;

    s_net_errno = NET_OK;
    return idx;
}

/*
 * 函数功能：绑定本地地址和端口
 * 入口参数：sockfd  - socket 描述符
 *          addr    - 本地地址（net_sockaddr，AF_INET）
 *          addrlen - 地址结构体长度
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功，-1 失败
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：设置 SO_REUSEADDR 后 bind，便于断线后重监听复用端口
 */
int net_bind(int sockfd, const struct net_sockaddr *addr, int addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;
    int yes = 1;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (addr == NULL || addrlen < (int)sizeof(struct sockaddr_in)) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    setsockopt(s_ws[sockfd], SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char *)&yes, sizeof(yes));
    to_ws_addr(addr, &wsaddr);

    if (bind(s_ws[sockfd], (struct sockaddr *)&wsaddr, sizeof(wsaddr)) == SOCKET_ERROR) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    s_socks[sockfd].state = NET_SOCK_STATE_BOUND;
    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：TCP Server 监听
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功，-1 失败
 * 限定条件：socket 已绑定
 * 函数说明：backlog 为 1（单客户端），监听 Socket 保持非阻塞
 */
int net_listen(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }

    if (listen(s_ws[sockfd], NET_SIM_BACKLOG) == SOCKET_ERROR) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    s_socks[sockfd].state = NET_SOCK_STATE_LISTENING;
    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：TCP Server 接受连接
 * 入口参数：sockfd  - 监听 socket 描述符
 *          addr    - 输出：客户端地址（可为 NULL）
 *          addrlen - 输入输出：地址长度（addr 非空时有效）
 * 出口参数：addr/addrlen - 填充客户端地址
 * 返回值：新 socket 描述符，失败 -1
 * 限定条件：socket 正在监听
 * 函数说明：非阻塞监听下无新连接时返回 -1 并置 NET_ERR_WOULDBLOCK；
 *          与 MCU 端不同，Winsock 的 accept 返回独立于监听 Socket 的新 fd
 */
int net_accept(int sockfd, struct net_sockaddr *addr, int *addrlen) {
    struct sockaddr_in wscli;
    int wslen;
    SOCKET cws;
    int nidx;
    u_long nb = 1;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }

    wslen = sizeof(wscli);
    cws = accept(s_ws[sockfd], (addr != NULL) ? (struct sockaddr *)&wscli : NULL,
                 (addr != NULL) ? &wslen : NULL);
    if (cws == INVALID_SOCKET) {
        int err = WSAGetLastError();
        s_net_errno = (err == WSAEWOULDBLOCK) ? NET_ERR_WOULDBLOCK : NET_ERR;
        return -1;
    }

    if (addr != NULL && addrlen != NULL) {
        from_ws_addr(&wscli, addr);
        *addrlen = (int)sizeof(struct net_sockaddr_in);
    }

    nidx = alloc_fd();
    if (nidx < 0) {
        closesocket(cws);
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    ioctlsocket(cws, FIONBIO, &nb);
    memset(&s_socks[nidx], 0, sizeof(net_sock_t));
    s_socks[nidx].in_use = 1;
    s_socks[nidx].type = (uint8_t)NET_SOCK_STREAM;
    s_socks[nidx].state = NET_SOCK_STATE_ESTABLISHED;
    s_socks[nidx].ch395_sock = (uint8_t)nidx;
    /* accept 出的新连接同样默认阻塞模式（与 MCU 端一致） */
    s_socks[nidx].blocking = 1;
    s_ws[nidx] = cws;

    s_net_errno = NET_OK;
    return nidx;
}

/* accept 门控迁移（docs/网络/网络自愈架构设计.md §4.2）：net_can_accept 双端退役——监听 accept 门控统一用
 * net_listener_armed()（本文件同名实现保留恒 1 语义），recv 门控 net_can_read() 保留。 */

/*
 * 函数功能：查询监听 Socket 是否处于"应该尝试 accept"的就绪态（与 MCU 端同名 API）
 * 入口参数：sockfd  - 监听 socket 描述符
 * 返回值：1 - 可尝试 accept；0 - 描述符无效
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：Winsock accept 本无 RPC 成本 → 恒返回 1，
 *          使上层门控在模拟器上等价于"改前行为"。
 *          ⚠ MCU 端该函数额外放行 CLOSED+auto_relisten（单连接复用的断连待重建态），
 *          那是芯片 fd 别名模型的产物；Winsock 后端 fd 与监听器分离
 *          （设计文档 D6：双模型分裂暂不消除），无此中间态，恒 1 即为正确语义。
 */
int net_listener_armed(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        return 0;
    }
    return 1;
}

/*
 * 函数功能：查询 Socket 是否"值得发一次 recv"（与 MCU 端同名 API）
 * 入口参数：sockfd  - socket 描述符
 * 返回值：1 - 可尝试 recv；0 - 描述符无效
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：同 net_listener_armed 的双端口径——Winsock recv 非阻塞、无 RPC 成本 → 恒返回 1，
 *          上层门控在模拟器上不改变既有行为（含"每轮都 recv"的自愈特性）
 */
int net_can_read(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        return 0;
    }
    return 1;
}

/*
 * 函数功能：TCP Client 发起连接
 * 入口参数：sockfd  - socket 描述符
 *          addr    - 服务器地址
 *          addrlen - 地址长度
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功（或已发起），-1 失败
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：非阻塞 Socket 上连接未完成时返回 -1 + NET_ERR_WOULDBLOCK
 */
int net_connect(int sockfd, const struct net_sockaddr *addr, int addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (addr == NULL || addrlen < (int)sizeof(struct sockaddr_in)) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    to_ws_addr(addr, &wsaddr);

    if (connect(s_ws[sockfd], (struct sockaddr *)&wsaddr, sizeof(wsaddr)) == 0) {
        s_socks[sockfd].state = NET_SOCK_STATE_ESTABLISHED;
        s_net_errno = NET_OK;
        return 0;
    }

    {
        int err = WSAGetLastError();
        s_net_errno = (err == WSAEWOULDBLOCK) ? NET_ERR_WOULDBLOCK : NET_ERR;
    }
    return -1;
}

/*
 * 函数功能：发送数据（TCP）
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 *          buf    - 数据缓冲区
 *          len    - 数据长度
 *          flags  - 通常为 0
 * 出口参数：无
 * 返回值：实际发送字节数，-1 错误；发送缓冲满时返回 0 + NET_ERR_WOULDBLOCK
 * 限定条件：socket 已建立，buf 非空
 * 函数说明：非阻塞单次发送（保持 UI 主循环不阻塞）；协议帧小且对端主动
 *          读取，实践中一次即发完
 */
int net_send(int sockfd, const void *buf, int len, int flags) {
    int r;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    r = send(s_ws[sockfd], (const char *)buf, len, flags);
    if (r >= 0) {
        s_socks[sockfd].send_bytes += (uint32_t)r;
        s_net_errno = NET_OK;
        return r;
    }

    {
        int err = WSAGetLastError();
        if (err == WSAEWOULDBLOCK) {
            s_net_errno = NET_ERR_WOULDBLOCK;
            return 0;
        }
        s_net_errno = NET_ERR;
    }
    return -1;
}

/*
 * 函数功能：单次非阻塞 recv（内部公共体：立即返回，不等待）
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符（已校验）
 *          buf    - 接收缓冲区（已校验）
 *          len    - 缓冲区大小
 * 出口参数：buf  - 填充接收数据
 * 返回值：>0 字节数；0 = 对端关闭；-1 = 无数据(WOULDBLOCK) 或错误
 * 限定条件：Winsock 句柄为非阻塞（FIONBIO）
 * 函数说明：net_recv 的非阻塞路径与 net_recv_nb 共用；错误码映射与旧实现一致
 */
static int recv_once(int sockfd, void *buf, int len) {
    int r = recv(s_ws[sockfd], (char *)buf, len, 0);

    if (r > 0) {
        s_socks[sockfd].recv_bytes += (uint32_t)r;
        s_net_errno = NET_OK;
        return r;
    }
    if (r == 0) {
        s_net_errno = NET_OK;
        return 0;
    }

    {
        int err = WSAGetLastError();
        s_net_errno = (err == WSAEWOULDBLOCK) ? NET_ERR_WOULDBLOCK : NET_ERR;
    }
    return -1;
}

/*
 * 函数功能：阻塞语义模拟（内部公共体：轮询等待数据/EOF/错误）
 * 入口参数：sockfd     - socket 描述符（已校验）
 *          buf / len  - 接收缓冲与容量（已校验）
 *          has_budget - 1 = 有预算（net_recv_to）；0 = 无限等待（net_recv 阻塞）
 *          budget_ms  - 预算毫秒（has_budget=0 时忽略）
 * 出口参数：buf  - 填充接收数据
 * 返回值：>0 字节数；0 = 对端关闭；-1 = 错误；-2 = 预算耗尽无数据（仅 has_budget）
 * 限定条件：Winsock 句柄为非阻塞；调用方为 UI/服务线程（Sleep(1) 粒度可接受）
 * 函数说明：与 MCU 端挂起 recv 的对外契约对齐——MCU 端等待发生在调用方任务
 *          （睡任务通知），模拟器端等价地睡 Sleep(1) 轮询；EOF/错误立即返回
 */
static int recv_wait(int sockfd, void *buf, int len, int has_budget, unsigned long long budget_ms) {
    unsigned long long t0 = GetTickCount64();

    for (;;) {
        int r = recv_once(sockfd, buf, len);

        if (r != -1 || s_net_errno != NET_ERR_WOULDBLOCK) {
            return r;                      /* 数据 / EOF / 真错误：立即返回 */
        }
        if (has_budget && (GetTickCount64() - t0) >= budget_ms) {
            s_net_errno = NET_ERR_TIMEDOUT;
            return -2;                     /* 预算耗尽（对齐 MCU net_recv_to 的 -2） */
        }
        Sleep(1);
    }
}

/*
 * 函数功能：接收数据（TCP，**默认无限阻塞**——与 MCU 端语义对齐）
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 *          buf    - 接收缓冲区
 *          len    - 缓冲区大小
 *          flags  - 通常为 0；NET_MSG_DONTWAIT 单次强制非阻塞
 * 出口参数：buf  - 填充接收数据
 * 返回值：实际接收字节数；0 = 对端关闭；-1 = 无数据(NET_ERR_WOULDBLOCK，仅非阻塞)或错误
 * 限定条件：socket 已建立
 * 函数说明：与 MCU 端语义一致——blocking 属性（net_setblocking）决定无数据时
 *          无限等待还是立即 WOULDBLOCK；DONTWAIT 单次覆盖属性
 */
int net_recv(int sockfd, void *buf, int len, int flags) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    /* 非阻塞：DONTWAIT 单次覆盖，或 socket 的 blocking 属性为 0 */
    if ((flags & NET_MSG_DONTWAIT) || s_socks[sockfd].blocking == 0U) {
        return recv_once(sockfd, buf, len);
    }
    /* 阻塞：无限等待（无默认预算） */
    return recv_wait(sockfd, buf, len, 0, 0ULL);
}

/*
 * 函数功能：接收数据（非阻塞具名入口，与 MCU 端同名 API 对齐）
 * 入口参数：sockfd / buf / len - 同 net_recv
 * 返回值：>0 字节数；0 = 对端关闭；-1 = 无数据(WOULDBLOCK) 或错误
 * 限定条件：socket 已建立
 * 函数说明：等价 net_recv(sockfd, buf, len, NET_MSG_DONTWAIT)，不改变 blocking 属性
 */
int net_recv_nb(int sockfd, void *buf, int len) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }
    return recv_once(sockfd, buf, len);
}

/*
 * 函数功能：接收数据（**显式预算**便捷入口，与 MCU 端同名 API 对齐）
 * 入口参数：sockfd / buf / len - 同 net_recv
 *          timeout_ms          - 本次等待预算（ms，必须 >0；0 = 无限等待语义
 *                                属 net_recv 的职责，此处拒 INVAL，与 MCU 端一致）
 * 返回值：>0 字节数；0 = 对端关闭；-1 = 真错误；-2 = 预算耗尽无数据
 * 限定条件：socket 已建立
 * 函数说明：模拟器以 GetTickCount64 + Sleep(1) 轮询兑现预算
 */
int net_recv_to(int sockfd, void *buf, int len, uint32_t timeout_ms) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }
    if (timeout_ms == 0U) {
        /* 0 = 无限等待（net_recv 的语义），与本接口"有界"存在理由相反 → 拒绝 */
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }
    return recv_wait(sockfd, buf, len, 1, (unsigned long long)timeout_ms);
}

/*
 * 函数功能：发送 UDP 数据报（含目标地址）
 * 入口参数：sockfd    - socket 描述符
 *          buf       - 数据缓冲区
 *          len       - 数据长度
 *          flags     - 通常为 0
 *          dest_addr - 目标地址
 *          addrlen   - 地址长度
 * 出口参数：无
 * 返回值：实际发送字节数，-1 失败（精确码见 net_get_errno）
 * 限定条件：socket 已创建，buf/dest_addr 非空
 * 函数说明：⚠ **MCU 端本接口另有上下文约束**：它不经消息队列、在调用方上下文里
 *          直接 net_poll + 写芯片缓冲，故 MCU 侧只允许 net_init 的执行任务调用，
 *          其他任务调用回 NET_ERR_NOT_IN_NETTASK（2026-10-24 定案，理由与
 *          "为何不是改成走队列"见 net_socket.h 同名声明处）。
 *          本后端刻意**不加**同样的守卫：模拟器是单线程 + Winsock（自身线程安全），
 *          没有"与 net_poll 抢同一根 SPI"这条危险面，也没有 RTOS 任务句柄可比。
 *          所以这是**有意的不对称**，不是漏实现；若将来模拟器引入多线程，
 *          必须连同这条约束一起补上（按线程 ID 比 net_init 的调用线程）。
 */
int net_sendto(int sockfd, const void *buf, int len, int flags,
              const struct net_sockaddr *dest_addr, int addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;
    int r;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0 || dest_addr == NULL ||
        addrlen < (int)sizeof(struct sockaddr_in)) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    to_ws_addr(dest_addr, &wsaddr);

    r = sendto(s_ws[sockfd], (const char *)buf, len, flags,
              (struct sockaddr *)&wsaddr, sizeof(wsaddr));
    if (r >= 0) {
        s_net_errno = NET_OK;
        return r;
    }

    {
        int err = WSAGetLastError();
        s_net_errno = (err == WSAEWOULDBLOCK) ? NET_ERR_WOULDBLOCK : NET_ERR;
    }
    return -1;
}

/*
 * 函数功能：接收 UDP 数据报（含源地址）
 * 入口参数：sockfd   - socket 描述符
 *          buf      - 接收缓冲区
 *          len      - 缓冲区大小
 *          flags    - 通常为 0
 *          src_addr - 输出：发送方地址（可为 NULL）
 *          addrlen  - 输入输出：源地址长度（可为 NULL）
 * 出口参数：buf/src_addr/addrlen - 填充
 * 返回值：实际接收字节数，-1 失败（精确码见 net_get_errno）
 * 限定条件：socket 已创建，buf 非空
 * 函数说明：MCU 端有"仅限执行任务调用"的上下文守卫（NET_ERR_NOT_IN_NETTASK），
 *          本后端按 net_sendto 处同一条理由不加——有意的不对称，勿当成漏实现
 */
int net_recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, int flags,
                struct net_sockaddr *src_addr, int *addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;
    int wslen;
    int r;

    (void)flags;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (buf == NULL || len < 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    wslen = sizeof(wsaddr);
    r = recvfrom(s_ws[sockfd], (char *)buf, len, 0,
                (struct sockaddr *)&wsaddr, &wslen);
    if (r < 0) {
        int err = WSAGetLastError();
        s_net_errno = (err == WSAEWOULDBLOCK) ? NET_ERR_WOULDBLOCK : NET_ERR;
        return -1;
    }

    if (src_addr != NULL && addrlen != NULL) {
        from_ws_addr(&wsaddr, src_addr);
        *addrlen = (int)sizeof(struct net_sockaddr_in);
    }

    s_net_errno = NET_OK;
    return r;
}

/*
 * 函数功能：关闭 socket
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功，-1 失败
 * 限定条件：socket 已打开（in_use == 1）
 * 函数说明：关闭 Winsock 句柄并释放控制块（in_use 清零，net_get_sock 转返回 NULL）
 */
int net_close(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }

    closesocket(s_ws[sockfd]);
    s_socks[sockfd].in_use = 0;
    s_socks[sockfd].state = NET_SOCK_STATE_CLOSED;
    s_ws[sockfd] = INVALID_SOCKET;

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：主动拆掉当前 TCP 会话、保留监听（与 MCU 端同名 API——头阻塞收口）
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功（含幂等：无活动会话），-1 失败
 * 限定条件：socket 已打开（in_use == 1）
 * 函数说明：模拟器为多连接后端（conn != 监听 fd）：等价关闭该数据连接的
 *          Winsock 句柄并收口 CLOSED（fd 槽不释放，外层 net_close 收尾）；
 *          监听 fd 不受影响。无活动会话幂等返 0。
 */
int net_drop_conn(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (s_socks[sockfd].state != NET_SOCK_STATE_ESTABLISHED &&
        s_socks[sockfd].state != NET_SOCK_STATE_CONNECTING) {
        /* 无活动会话：幂等成功 */
        s_net_errno = NET_OK;
        return 0;
    }

    closesocket(s_ws[sockfd]);
    s_ws[sockfd] = INVALID_SOCKET;
    s_socks[sockfd].state = NET_SOCK_STATE_CLOSED;

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：注册事件回调
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 *          cb     - 回调函数（NULL 取消注册）
 *          arg    - 用户参数
 * 出口参数：无
 * 返回值：0 成功，-1 失败
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：模拟器以非阻塞 I/O 直接感知事件，回调仅存储不主动触发
 */
int net_set_event_cb(int sockfd, net_event_cb_t cb, void *arg) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }

    s_socks[sockfd].event_cb = cb;
    s_socks[sockfd].event_arg = arg;

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：设置 Socket 阻塞/非阻塞**模式属性**（与 MCU 端同名 API 对齐）
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 *          on     - 1 = 阻塞（net_socket/net_accept 默认）；0 = 非阻塞
 * 返回值：0 成功；-1 失败（描述符无效/未占用）
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：Winsock 句柄恒非阻塞（FIONBIO，UI 主循环安全底线），本属性只驱动
 *          包装层的等待策略（net_recv 无限轮询 / 立即 WOULDBLOCK），
 *          语义与 MCU 端"模式挂控制块属性"一致
 */
int net_setblocking(int sockfd, int on) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }

    s_socks[sockfd].blocking = (on != 0) ? 1U : 0U;

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：获取 socket 最后错误码
 * 入口参数：无
 * 返回值：最近一次 net_* 操作设置的错误码（NET_OK / NET_ERR_xxx）
 * 限定条件：无
 */
int net_get_errno(void) {
    return s_net_errno;
}

/*
 * 函数功能：将点分十进制 IP 字符串转为网络字节序 32 位地址
 * 入口参数：cp - 点分十进制字符串（如 "192.168.1.100"）
 * 出口参数：无
 * 返回值：网络字节序 IP（参数无效返回 0）
 * 限定条件：无
 * 函数说明：与 MCU 端 net_inet_addr **逐字同语义**（2026-10-24：两套 IP 字节序约定统一为 POSIX 网络序）：
 *          按「第一段在主机序最高字节」累加，再经 NET_HTONL 转网络序，结果满足
 *          POSIX/Winsock 的 in_addr 不变量——&s_addr 的第 0 个内存字节 == 第一段。
 *          本模拟器的 to_ws_addr()/from_ws_addr() 是把 net_sockaddr_in **整块 memcpy**
 *          进 sockaddr_in 的，所以只有两边同族时才成立：旧实现（小端累加后再换端）
 *          交给 Winsock 的是反序地址，只有从不走 inet_addr 的路径（bind ANY、
 *          getpeername）才没暴露。改完后本函数与 net_inet_ntoa 互逆、与 Winsock 直拷兼容。
 *          段值超 255 按低 8 位截断；失败返回 0（不引入 NET_INADDR_NONE 判定）。
 */
uint32_t net_inet_addr(const char *cp) {
    uint32_t addr = 0;
    int i;

    if (cp == NULL) {
        return 0;
    }

    for (i = 0; i < 4; i++) {
        uint32_t val = 0;
        while (*cp >= '0' && *cp <= '9') {
            val = val * 10 + (uint32_t)(*cp - '0');
            cp++;
        }
        /* 高位先入：第 0 段左移三次后落在最高字节 */
        addr = (addr << 8) | (val & 0xFFU);
        if (*cp == '.') {
            cp++;
        }
    }

    return NET_HTONL(addr);
}

/*
 * 函数功能：将网络字节序 32 位 IP 转为点分十进制字符串
 * 入口参数：addr - 网络字节序 IP
 *          buf  - 输出缓冲区（至少 16 字节）
 * 出口参数：buf  - 填充字符串
 * 返回值：buf 指针（buf 为 NULL 时返回 NULL）
 * 限定条件：buf 非空且长度足够
 * 函数说明：NTOHL 后主机序数值的高字节是点分第一段（与 MCU 端同步修复，
 *          E13 定案：原低段在前显示成字节反转）
 */
char *net_inet_ntoa(uint32_t addr, char *buf) {
    uint32_t naddr = NET_NTOHL(addr);

    if (buf == NULL) {
        return NULL;
    }

    snprintf(buf, 16, "%lu.%lu.%lu.%lu",
             (unsigned long)((naddr >> 24) & 0xFF),
             (unsigned long)((naddr >> 16) & 0xFF),
             (unsigned long)((naddr >> 8) & 0xFF),
             (unsigned long)(naddr & 0xFF));

    return buf;
}

/*
 * 函数功能：端口字节序转换（主机序 -> 网络序）
 * 入口参数：hostshort - 主机序端口
 * 返回值：网络序端口
 * 限定条件：无
 */
uint16_t net_htons(uint16_t hostshort) {
    return NET_HTONS(hostshort);
}

/*
 * 函数功能：端口字节序转换（网络序 -> 主机序）
 * 入口参数：netshort - 网络序端口
 * 返回值：主机序端口
 * 限定条件：无
 */
uint16_t net_ntohs(uint16_t netshort) {
    return NET_NTOHS(netshort);
}

/*
 * 函数功能：IP 地址字节序转换（主机序 -> 网络序）
 * 入口参数：hostlong - 主机序 IP
 * 返回值：网络序 IP
 * 限定条件：无
 */
uint32_t net_htonl(uint32_t hostlong) {
    return NET_HTONL(hostlong);
}

/*
 * 函数功能：IP 地址字节序转换（网络序 -> 主机序）
 * 入口参数：netlong - 网络序 IP
 * 返回值：主机序 IP
 * 限定条件：无
 */
uint32_t net_ntohl(uint32_t netlong) {
    return NET_NTOHL(netlong);
}

/*
 * 函数功能：获取 Socket 控制块指针
 * 入口参数：sockfd - socket 描述符
 * 返回值：控制块指针；描述符越界或已释放（in_use == 0）时返回 NULL
 * 限定条件：无
 * 函数说明：上层据此判断"监听 Socket 是否随客户端一同失效"（单连接模型）
 */
net_sock_t *net_get_sock(int sockfd) {
    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS) {
        return NULL;
    }
    if (s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        return NULL;
    }
    return &s_socks[sockfd];
}

/*
 * 函数功能：获取 Socket 本地地址（IP + Port）
 * 入口参数：sockfd  - socket 描述符
 *          addr    - 输出：本地地址
 *          addrlen - 输入输出：地址结构体长度
 * 出口参数：addr/addrlen - 填充
 * 返回值：0 成功，-1 失败
 * 限定条件：socket 已创建
 * 函数说明：经 Winsock getsockname 读取实际绑定地址
 */
int net_getsockname(int sockfd, struct net_sockaddr *addr, int *addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;
    int wslen;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (addr == NULL || addrlen == NULL ||
        *addrlen < (int)sizeof(struct net_sockaddr_in)) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    wslen = sizeof(wsaddr);
    if (getsockname(s_ws[sockfd], (struct sockaddr *)&wsaddr, &wslen) == SOCKET_ERROR) {
        s_net_errno = NET_ERR;
        return -1;
    }

    from_ws_addr(&wsaddr, addr);
    *addrlen = (int)sizeof(struct net_sockaddr_in);

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}

/*
 * 函数功能：获取 Socket 对端地址（IP + Port）（与 MCU 端同名 API——E13 定案）
 * 入口参数：sockfd  - socket 描述符
 *          addr    - 输出：对端地址
 *          addrlen - 输入输出：地址结构体长度
 * 出口参数：addr/addrlen - 填充
 * 返回值：0 成功，-1 失败（未连接 NOTCONN）
 * 限定条件：socket 已连接
 * 函数说明：经 Winsock getpeername 读取；模拟器多连接后端下 conn fd 有真实对端
 */
int net_getpeername(int sockfd, struct net_sockaddr *addr, int *addrlen) {
    struct sockaddr_in wsaddr;
    int wslen;

    if (sockfd < 0 || sockfd >= NET_MAX_SOCKETS || s_socks[sockfd].in_use == 0) {
        s_net_errno = NET_ERR_BADF;
        return -1;
    }
    if (addr == NULL || addrlen == NULL ||
        *addrlen < (int)sizeof(struct net_sockaddr_in)) {
        s_net_errno = NET_ERR_INVAL;
        return -1;
    }

    wslen = sizeof(wsaddr);
    if (getpeername(s_ws[sockfd], (struct sockaddr *)&wsaddr, &wslen) == SOCKET_ERROR) {
        s_net_errno = NET_ERR_NOTCONN;
        return -1;
    }

    from_ws_addr(&wsaddr, addr);
    *addrlen = (int)sizeof(struct net_sockaddr_in);

    s_net_errno = NET_OK;
    return 0;
}