C/C++中的套接字编程

什么是套接字

在计算机网络中，套接字（Socket）是一个抽象层，用于表示在网络上的数据通信的一个端点。套接字可以简单地理解为通信中的两个程序之间的一个传输点。

在本文中，我们主要介绍C/C++中的套接字编程。

C/C++中的套接字

C/C++中的套接字编程又称为socket编程。C/C++中使用socket API函数来操作套接字。

socket函数

socket函数用于创建一个套接字，其原型为：

int socket(int domain, int type, int protocol);

参数说明：

• domain：协议域，常用的协议有AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_UNIX（本地通信）、AF_NETLINK（Linux内核与用户空间通信）等。
• type：套接字类型，常用的有SOCK_STREAM（流式套接字，可靠传输）和SOCK_DGRAM（数据报套接字，无连接、不可靠、面向数据报）。
• protocol：通信协议，常用的有IPPROTO_TCP（TCP协议）和IPPROTO_UDP（UDP协议）。

返回值说明：

• 成功：返回一个套接字的文件描述符。
• 失败：返回-1。

bind函数

bind函数用于将一个套接字与一个IP地址和端口号绑定，其原型为：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• addr：指向一个存储了IP地址和端口号的结构体的指针（如struct sockaddr_in）。
• addrlen：结构体的长度，可以用sizeof(addr)或sizeof(struct sockaddr)计算。

返回值说明：

• 成功：返回0。
• 失败：返回-1。

listen函数

listen函数用于将一个套接字设置为监听状态，即可以开始接收客户端的连接请求，其原型为：

int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• backlog：客户端连接请求队列的最大长度，超过该长度的请求将被忽略。

返回值说明：

• 成功：返回0。
• 失败：返回-1。

accept函数

accept函数用于接收客户端的连接请求，创建一个新的套接字用于与客户端进行通信，其原型为：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• addr：指向一个存储了客户端IP地址和端口号的结构体的指针（如struct sockaddr_in）。
• addrlen：结构体的长度，可以用sizeof(addr)或sizeof(struct sockaddr)计算。

返回值说明：

• 成功：返回一个新套接字的文件描述符，用于与客户端进行通信。
• 失败：返回-1。

connect函数

connect函数用于建立与服务器的连接，其原型为：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• addr：指向存储了服务器IP地址和端口号的结构体的指针（如struct sockaddr_in）。
• addrlen：结构体的长度，可以用sizeof(addr)或sizeof(struct sockaddr)计算。

返回值说明：

• 成功：返回0。
• 失败：返回-1。

send和recv函数

send函数用于向已连接的套接字发送数据，其原型为：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• buf：要发送的数据的缓冲区。
• len：要发送的数据的长度。
• flags：发送标志，常用的有MSG_DONTWAIT（非阻塞发送）和MSG_NOSIGNAL（当对方关闭连接后不会产生SIGPIPE信号）。

返回值说明：

• 成功：返回已发送的字节数。
• 失败：返回-1。

recv函数用于从已连接的套接字接收数据，其原型为：

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

参数说明：

• sockfd：套接字的文件描述符。
• buf：接收数据的缓冲区。
• len：要接收的数据的长度。
• flags：接收标志，常用的有MSG_DONTWAIT（非阻塞接收）。

返回值说明：

• 成功：返回已接收的字节数。
• 失败：返回-1。

示例代码

以下代码为C语言实现的简单TCP服务器，监听端口为5555，接收客户端发送的数据并打印：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main()
{
    int sockfd, newsockfd;
    socklen_t clilen;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    int n;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("ERROR opening socket");
        exit(1);
    }

    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(5555);

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
    {
        perror("ERROR on binding");
        exit(1);
    }

    listen(sockfd, 5);
    clilen = sizeof(cli_addr);

    while(1)
    {
        newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
        if (newsockfd < 0)
        {
            perror("ERROR on accept");
            exit(1);
        }

        bzero(buffer, 1024);
        n = read(newsockfd, buffer, 1023);
        if (n < 0)
        {
            perror("ERROR reading from socket");
            exit(1);
        }

        printf("Here is the message: %s\n", buffer);

        n = write(newsockfd, "I got your message", 18);
        if (n < 0)
        {
            perror("ERROR writing to socket");
            exit(1);
        }

        close(newsockfd);
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

以上代码为C++语言实现的简单TCP客户端，连接服务器IP为"127.0.0.1"，端口为5555，向服务器发送"Hello, World!"并接收服务器返回的数据：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    int sockfd;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr;
    int n;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("ERROR opening socket");
        exit(1);
    }

    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(5555);

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
    {
        perror("ERROR connecting");
        exit(1);
    }

    bzero(buffer, 1024);
    strcpy(buffer, "Hello, World!");
    n = write(sockfd, buffer, strlen(buffer));
    if (n < 0)
    {
        perror("ERROR writing to socket");
        exit(1);
    }

    bzero(buffer, 1024);
    n = read(sockfd, buffer, 1023);
    if (n < 0)
    {
        perror("ERROR reading from socket");
        exit(1);
    }

    printf("Server says: %s\n", buffer);

    close(sockfd);
    return 0;
}