C/C++ 套接字编程 - 芒果文档

什么是套接字编程？
套接字编程是一种连接网络上的两个节点以相互通信的方式。一个套接字（节点）侦听 IP 上的特定端口，而另一个套接字向另一个套接字伸出以形成连接。服务器形成侦听器套接字，而客户端则与服务器取得联系。

服务器和客户端模型的状态图
C-C++ 中的套接字编程

服务器阶段

套接字创建：
```
int sockfd = socket(domain, type, protocol)
```
sockfd：套接字描述符，一个整数（如文件句柄）
域：整数，通信域，例如，AF_INET（IPv4 协议）、AF_INET6（IPv6 协议）
类型：通讯型
SOCK_STREAM：TCP（可靠，面向连接）
SOCK_DGRAM：UDP（不可靠，无连接）
协议： Internet 协议 (IP) 的协议值，为 0。这与出现在数据包 IP 标头中的协议字段上的数字相同。（man 协议了解更多详情）
设置选项：
```
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,  
                   const void *optval, socklen_t optlen);
```
这有助于操作由文件描述符 sockfd 引用的套接字的选项。这是完全可选的，但它有助于重用地址和端口。防止错误，例如：“地址已在使用中”。
绑定：
```
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, 
                          socklen_t addrlen);
```
创建套接字后，bind函数将套接字绑定到 addr（自定义数据结构）中指定的地址和端口号。在示例代码中，我们将服务器绑定到本地主机，因此我们使用 INADDR_ANY 来指定 IP 地址。
听：
```
int listen(int sockfd, int backlog);
```
它将服务器套接字置于被动模式，等待客户端接近服务器以建立连接。积压，定义了 sockfd 的挂起连接队列可以增长到的最大长度。如果连接请求在队列已满时到达，客户端可能会收到带有 ECONNREFUSED 指示的错误。
接受：
```
int new_socket= accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
```
它为侦听套接字 sockfd 提取挂起连接队列中的第一个连接请求，创建一个新的连接套接字，并返回一个引用该套接字的新文件描述符。此时，客户端和服务器之间建立连接，准备传输数据。

客户阶段

套接字连接：与服务器的套接字创建完全相同
连接：
```
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,  
                             socklen_t addrlen);
```
connect() 系统调用将文件描述符 sockfd 引用的套接字连接到 addr 指定的地址。服务器的地址和端口在 addr 中指定。

执行
这里我们在服务器和客户端之间交换一条 hello 消息来演示客户端/服务器模型。

server.c

// Server side C/C++ program to demonstrate Socket programming
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define PORT 8080
int main(int argc, char const *argv[])
{
    int server_fd, new_socket, valread;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    char *hello = "Hello from server";
       
    // Creating socket file descriptor
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0)
    {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
       
    // Forcefully attaching socket to the port 8080
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT,
                                                  &opt, sizeof(opt)))
    {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons( PORT );
       
    // Forcefully attaching socket to the port 8080
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, 
                                 sizeof(address))<0)
    {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_fd, 3) < 0)
    {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, 
                       (socklen_t*)&addrlen))<0)
    {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    valread = read( new_socket , buffer, 1024);
    printf("%s\n",buffer );
    send(new_socket , hello , strlen(hello) , 0 );
    printf("Hello message sent\n");
    return 0;
}

client.c

// Client side C/C++ program to demonstrate Socket programming
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define PORT 8080
   
int main(int argc, char const *argv[])
{
    int sock = 0, valread;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }
   
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
       
    // Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary form
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) 
    {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }
   
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
    {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }
    send(sock , hello , strlen(hello) , 0 );
    printf("Hello message sent\n");
    valread = read( sock , buffer, 1024);
    printf("%s\n",buffer );
    return 0;
}

编译：
gcc client.c -o 客户端
gcc server.c -o 服务器

输出：

Client:Hello message sent
Hello from server
Server:Hello from client
Hello message sent