BoostライブラリのAsioで非同期通信を構築し，連続でデータの受け取りを行いたい

Question

###前提・実現したいこと

　非同期で送信されるデータを，連続で受け取るプログラムの構築を目指しています．
具体的には「スレッドでデータ待機する→受け取る→表示する→データ待機する・・・」という処理を実現したいと考えています．
またMain関数からはAsioのライブラリが見えないように構築したいと考えています．
###現状
BoostライブラリのAsioを用いて構築したコードを確認するために，送信したデータを表示して終了するプログラムを構築しました．（参考：https://boostjp.github.io/tips/network/tcp.html）
###発生している問題・エラーメッセージ
実行すると以下のエラーメッセージが表示されます．（IPReceiveData.cppのOnReceive関数）

receive failed: 供給されたファイルハンドルが無効です．

###受信ソース
###IPReceiveData.h

#ifndef __IPConnect_h__
#define __IPConnect_h__


enum TransportProtocol {
	TP_TCP = 1,
	TP_UDP = 0,
};

class IPReceive {
public:
	// TCPかUDPか選択（最初に選択することで，ＴＣＰＵＤＰ区別なく初期化・通信の関数を使える）
	IPReceive(TransportProtocol isTcp);
	~IPReceive();

	void iprInitialize();

	void iprReceiveMSG();

	char* GetLastData();

private:
	class IPReceive_impl* ipr_impl;
};

#endif

###IPReceiveData.cpp

#define BOOST_COROUTINES_NO_DEPRECATION_WARNING	
#define PIMP(x) ipr_impl->x

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/asio/spawn.hpp>
#include "IPReceiveData.h"

namespace asio = boost::asio;
using asio::ip::tcp;
using asio::ip::udp;
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;


// Pimplクラス
class IPReceive_impl {
private:
	tcp::acceptor	acceptor;
	tcp::socket	  socketTCP;
	//udp::socket	  socketUDP;
	//asio::strand	 strand;
	asio::streambuf  receive_buff_;



	// 接続が完了したか（async_accept用で、引数は固定）
	void OnAccept(const boost::system::error_code& error)
	{
		if (error) 
			cout <<  "connect failed : " + error.message() << endl;
		else
			cout << "Success connection." << endl;
	}


    // 受信が成功したか（async_read用で，引数は固定）
	void OnReceive(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)
	{
		if (error && error != asio::error::eof) 
			cout << "receive failed: " << error.message() << endl;
		else {
			// 受信したデータをchar*に変換
			const char* data = asio::buffer_cast<const char*>(receive_buff_.data());
			lastData = const_cast<char*>(data);

			receive_buff_.consume(receive_buff_.size());
		}
	}


public:
	asio::io_service&	ioService;
	const bool		   isTCP;
	string			   receiveData;
	char*				lastData;


	// TCPとUDPを指定して初期化するコンストラクタ
	IPReceive_impl(asio::io_service& ioService, TransportProtocol isTcp)
		:	ioService	(ioService),
			acceptor	  (ioService, tcp::endpoint(tcp::v4(), 31400)),
			socketTCP	 (ioService),
			strand		(ioService),
			socketUDP	 (ioService),
			isTCP		 (isTcp) {}


	// デストラクタ
	~IPReceive_impl() {}


	// 指定IP，ポートでTCP接続
	void ConnectTCP(char *ipAddress, char *portNum)
	{
		// 接続後に呼ばれるコールバック関数を指定
		auto cbOnAccept(boost::bind(&IPReceive_impl::OnAccept, this, asio::placeholders::error));	

		// TCPソケットと上記で宣言したとコールバック関数を登録する
		acceptor.async_accept(socketTCP, cbOnAccept);
	}
	// 指定IP，ポートでUDP接続
	void ConnectUDP(char *ipAddress, char *portNum) {
	}



	// メッセージ送信
	void ReceiveTCP()
	{
		// 受信後に呼ばれるコールバック関数を指定
		auto cbOnReceive(
			boost::bind(&IPReceive_impl::OnReceive, this,
				asio::placeholders::error,
				asio::placeholders::bytes_transferred));	

		// データを受信する
		asio::async_read(
			socketTCP,
			receive_buff_,
			asio::transfer_all(),
			cbOnReceive);
	}
};



// IP通信の初期化を行う
IPReceive::IPReceive(TransportProtocol isTcp) {
	auto ioService = new asio::io_service;
	ipr_impl = new IPReceive_impl(*ioService, isTcp);
}

IPReceive::~IPReceive() {
	cout << "Finish" << endl;
	delete ipr_impl;
}


// TCP通信の初期化
void IPReceive::iprInitialize() {
	if (ipr_impl->isTCP)
		PIMP(ConnectTCP(ipAddress, portNum));
	else
		PIMP(ConnectUDP(ipAddress, portNum));
}

void IPReceive::iprReceiveMSG() {
	if (PIMP(isTCP)) {
		PIMP(ReceiveTCP());
		PIMP(ioService.run());
	}
}

char* IPReceive::GetLastData(){
	return PIMP(lastData);
}

###Main.cpp

#include "IPReceiveData.h"
#define __test__
#include <string>
#include <iostream>
int main() {
	// TCPで初期化
	IPReceive ipSending(TP_TCP);


	ipSending.iprInitialize();

	ipSending.iprReceiveMSG();


	std::cout << ipSending.GetLastData() << std::endl;
	return 0;
}

###試したこと
参考URLのようにReceiveTCP()をOnConnect()内で呼び出すと問題なく動作するのですが，今後連続でデータ待機を行う場合に毎回Connectを行う必要が出てくるので可能であればOnConnectからReceiveTCPを呼び出す方法は避けたいと考えています．

###補足情報(言語/FW/ツール等のバージョンなど)
Visual Studio 2017
Boost 1.65.1

###追記
###受信ソース（修正箇所）

	// 接続が完了したか（async_accept用で、引数は固定）
	void OnAccept(const boost::system::error_code& error)
	{
		if (error)
			cout << "connect failed : " + error.message() << endl;
		else
			cout << "Success connection." << endl;

//-----編集箇所--------------------------
		ReceiveTCP();
//-----編集箇所--------------------------
	}


	// 受信が成功したか（async_read用で，引数は固定）
	void OnReceive(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)
	{
		if (error && error != asio::error::eof)
			cout << "receive failed: " << error.message() << endl;
		else {
			// 受信したデータをchar*に変換
			const char* data = asio::buffer_cast<const char*>(receive_buff_.data());
			lastData = const_cast<char*>(data);
			cout << lastData << endl;

			receive_buff_.consume(receive_buff_.size());

//-----編集箇所--------------------------
			if (lastData[0] != 'e') {
				cout << "endしないよ：" << lastData << endl;
				ReceiveTCP();
			}
			else			
				cout << "endするよ" << endl;
//-----編集箇所--------------------------
		}
	}

###送信ソース

参考URLのソースから，他ソースコードから送信したい文字列を指定できるように変更した．
###IPSendData.h

#ifndef __IPConnect_h__
#define __IPConnect_h__


enum TransportProtocol {
	TP_TCP = 1,
	TP_UDP = 0,
};

class IPSending {
public:
	// TCPかUDPか選択（最初に選択すれば、初期化やメッセージ送信ではＴＣＰＵＤＰ区別なく関数を使える）
	IPSending(TransportProtocol isTcp);
	~IPSending();

	void ipsInitialize(char* ipAddress, char *portNum);

	void ipsSendMSG(char* msg);

private:
	class IPSend_impl* ips_impl;
};

#endif

###IPSendData.cpp

#define BOOST_COROUTINES_NO_DEPRECATION_WARNING	// asioはcoroutine2をサポートしていないので警告を消す
#define PIMP(x) ips_impl->x

#include <iostream>
#include <memory>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/asio/spawn.hpp>
#include "IPSendData.h"

namespace asio = boost::asio;
using asio::ip::tcp;
using asio::ip::udp;
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;
using std::shared_ptr;



class IPSend_impl {
private:
	tcp::socket	socketTCP;	// TCP
	udp::socket	socketUDP;    // UDP
	udp::resolver  resolver;     // UDP
	asio::strand   strand;	   // spawn
	udp::endpoint  receiver_endpoint;
	string         sendData;     // SendTCPでしか使わないが、使用する前にスコープ外へ出て消えてしまうので外


	// 接続が完了したか（async_connect用で、引数は固定）
	void OnConnect(const boost::system::error_code& error)
	{
		if (error)
			throw "connect failed : " + error.message();
		else
			cout << "connect correct!" << endl;
	}

	void OnSend(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)
	{
		if (error) 
			throw "send failed: " + error.message();
		else 
			cout << "send correct!" << endl;	
	}


public:
	asio::io_service&	ioService;
	const bool		   isTCP;


	// TCPとUDPを指定して初期化するコンストラクタ
	IPSend_impl(asio::io_service& ioService, TransportProtocol isTcp)
		:	ioService (ioService),
		 	resolver  (ioService),
		 	strand    (ioService),
		 	socketTCP (ioService),
		 	socketUDP (ioService),
		 	isTCP     (isTcp){}

	// デストラクタ
	~IPSend_impl() {
	}


	// TCPの接続要求を行う
	void ConnectTCP(char *ipAddress, char *portNum) {
		// 接続するIPとポート番号を設定する
		auto address(	
			tcp::endpoint(
				asio::ip::address::from_string(ipAddress), atoi(portNum)));	
		
		// 接続時に実行するコールバック関数を設定する
		auto cbOnConnect(
			boost::bind(&IPSend_impl::OnConnect, this,
				asio::placeholders::error));

		// 上記で宣言したアドレスとコールバック関数を登録する
		socketTCP.async_connect(address, cbOnConnect);
	}

	// UDPの接続要求を行う
	void ConnectUDP(char *ipAddress, char *portNum) {
		auto query(udp::resolver::query(udp::v4(), ipAddress, portNum));
		receiver_endpoint = *resolver.resolve(query);

		socketUDP.open(udp::v4());
	}


	// TCPでメッセージを送信
	void SendTCP(char *msg)
	{
		sendData = msg;

		// 接続後に呼ばれる関数（今回は成否出力）
		auto cbOnSend(	
			boost::bind(&IPSend_impl::OnSend, this,	
				asio::placeholders::error,
				asio::placeholders::bytes_transferred));


		// ソケット、上記で宣言した送信データとコールバック関数を登録する
		asio::async_write(
			socketTCP,
			asio::buffer(sendData),
			cbOnSend);
	}


	// メッセージ送信
	void SendUDP(char *msg){
	}
};



// IP通信の初期化を行う
IPSending::IPSending(TransportProtocol isTcp) {
	auto ioService = new asio::io_service;
	ips_impl = new IPSend_impl(*ioService, isTcp);
}

IPSending::~IPSending() {
	delete ips_impl;
	cout << "Finalize IPSending." << endl;
}


// TCP通信の初期化
void IPSending::ipsInitialize(char *ipAddress, char *portNum) {
	if (ips_impl->isTCP)
		PIMP(ConnectTCP(ipAddress, portNum));
	else
		PIMP(ConnectUDP(ipAddress, portNum));
}

void IPSending::ipsSendMSG(char *msg) {
	if (PIMP(isTCP)) {
		PIMP(SendTCP(msg));
		PIMP(ioService.run());
	}
	else
		PIMP(SendUDP(msg));
}

###Main.cpp

#include <iostream>
#include "IPSendData.h"
#define __test__

int main() {
	char test[30];

	IPSending ipSending(TP_TCP);

	ipSending.ipsInitialize("127.0.0.1", "31400");

	while (true) {
		std::cout << "文字を入力してください：";
		scanf_s(aaa, 10);

		ipSending.ipsSendMSG(aaa);

		if (aaa[0] == 'e')
			break;
	}

	return 0;
}

実行結果
それぞれ1文字ずつ[a, b, c, d, e]と送信した場合

Comments

[PineMatsu]

送信部分が見当たらないのですが、ソースは提示できますか？

[Unity-chan]

質問をご覧いただきありがとうございます．先ほど送信ソースを追加したので，確認よろしくお願いします（受信ソースの下）．

[PineMatsu]

え？受信ソースの下には何もソースがありませんが。

[Unity-chan]

送信ソースを追記の受信ソース（修正箇所）の項目の下へ移動しました。

Answer 1

非同期版を使用するのであれば、コールバック関数の中で次の非同期処理を実行する必要があります。
提示されたコードでは非同期処理を連続で実行しているだけなので、socketが接続される前にreadが行われてエラーとなります。

処理の流れとしては
async_acceptに接続時のコールバック(1)を登録する。
(1)のコールバック内でasync_readにデータ受信時のコールバック(2)を登録する
(2)のコールバック内でデータを処理し、
まだデータが必要であれば
async_readにデータ受信時のコールバック(2)を登録する（受信されたら再度(2)のコールバックが実行される）
必要でなければ
切断等の処理をして終了する。

というような(2)のコールバック関数があたかもループされて実行されるような構造になっていないといけません。

Comments

[Unity-chan]

返信が遅くなりもうしわけありません、回答ありがとうございます。
回答して頂いた内容を元に、追記（質問下部）のようにプログラムを編集しました。しかし、データを受信しても文字列が表示されず、終了時に受信した文字列が全て結合されてしまいます。もしよろしければ再度アドバイスを頂けると嬉しいです。

[hmmm]

async_readでtransfer_allじゃなくてtransfer_at_least(1)とかtransfer_exactly(1)とかを使ってください。

[Unity-chan]

transfer_at_least(1)にしたところ，無事一回ごとにデータを表示できました！
transfer_allの場合は，バッファが一杯（65535）になるまでデータをため込むのですね…。今回はアドバイスしていただいてありがとうございました。