引言
本文将深入探讨使用套接字进行网络通信的基本步骤，包括创建套接字、绑定地址、监听连接（对于服务器端）、连接远程主机（对于客户端）、以及发送和接收数据等操作。套接字编程涉及一系列系统调用和函数，如 socket()、bind()、listen()、connect()、send()、recv() 等。开发人员可以利用这些接口实现各种网络应用。通过本文，读者将了解如何使用套接字进行网络通信，并掌握关键步骤和函数调用，为构建网络应用打下坚实基础。
一、socket 常见API表
| 函数 | 描述 |
| socket() | 创建一个新的套接字 |
| bind() | 将套接字绑定到特定的IP地址和端口号上 |
| listen() | 将套接字标记为被动套接字，用于监听连接请求 |
| accept() | 接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于通信 |
| connect() | 建立与服务器端的连接 |
| send() | 发送数据 |
| recv() | 接收数据 |
| sendto() | 用于UDP协议中发送数据 |
| recvfrom() | 用于UDP协议中接收数据 |
| close() | 关闭套接字连接 |
| select() | 多路复用，同时监视多个套接字的状态 |
| getaddrinfo() | 主机名和服务名之间的转换 |
| setsockopt() | 设置套接字选项 |
| getsockopt() | 获取套接字选项的值 |
| inet_pton() | IP地址的转换 |
| inet_ntop() | IP地址的转换 |
| htons() | 主机字节序和网络字节序之间的转换(16位整数) |
| ntohs() | 主机字节序和网络字节序之间的转换(16位整数) |
| htonl() | 主机字节序和网络字节序之间的转换(32位整数) |
| ntohl() | 主机字节序和网络字节序之间的转换(32位整数) |
二、函数详细介绍
01. socket()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);
- 参数类型：
- domain：协议族（如AF_INET、AF_INET6等）
- type：套接字类型（如SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM等）
- protocol：具体使用的协议（如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等）
- 应用示例：
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
02. bind()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- addr：指向要绑定的地址结构的指针
- addrlen：地址结构的长度
- 应用示例：
struct sockaddr_in server_address; server_address.sin_family = AF_INET; server_address.sin_port = htons(12345); server_address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
03. listen()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- backlog：未完成连接队列的最大长度
- 应用示例：
listen(sockfd, 5);
04. accept()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- addr：指向结构体的指针，用于存储客户端地址信息
- addrlen：地址结构的长度
- 应用示例：
int client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);
05. connect()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- addr：指向要连接的目标地址结构的指针
- addrlen：地址结构的长度
- 应用示例：
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
06. send()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- buf：指向待发送数据的指针
- len：待发送数据的长度
- flags：传输控制标志
- 应用示例：
char *message = "Hello, server!"; send(sockfd, message, strlen(message), 0);
07. recv()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- buf：指向存储接收数据的缓冲区
- len：接收数据的最大长度
- flags：接收操作的附加选项
- 应用示例：
char buffer[1024]; ssize_t bytes_received = recv(sockfd, buffer, 1024, 0);
08. close()
- 头文件：#include <unistd.h>
- 函数原型：int close(int sockfd);
- 参数类型：
- sockfd：要关闭的套接字描述符
- 应用示例：
close(sockfd);
09. select()
- 头文件：#include <sys/select.h>
- 函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
- 参数类型：
- nfds：所有文件描述符的范围（最大文件描述符+1）
- readfds：可读文件描述符集合
- writefds：可写文件描述符集合
- exceptfds：异常文件描述符集合
- timeout：超时时间
- 应用示例：
fd_set readfds; FD_ZERO(&readfds); FD_SET(sockfd, &readfds); int activity = select(sockfd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
10. getaddrinfo()
- 头文件：#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h> - 函数原型：int getaddrinfo(const char *node, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);
- 参数类型：
- node：主机名或IP地址字符串
- service：服务名或端口号字符串
- hints：指向地址信息结构的指针，用于设置期望的返回结果
- res：指向存储结果的链表的指针
- 应用示例：
struct addrinfo hints, *res; memset(&hints, 0, sizeof(hints)); hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; getaddrinfo("www.example.com", "http", &hints, &res);
11. sendto()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- buf：指向待发送数据的指针
- len：待发送数据的长度
- flags：传输控制标志
- dest_addr：目标地址结构
- addrlen：目标地址结构的长度
应用示例：
char *message = "Hello, server!"; sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
12. recvfrom()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- buf：指向存储接收数据的缓冲区
- len：接收数据的最大长度
- flags：接收操作的附加选项
- src_addr：发送方地址结构
- addrlen：发送方地址结构的长度
应用示例：
char buffer[1024]; struct sockaddr_in client_address; socklen_t addr_len = sizeof(client_address); ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);
13. setsockopt()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- level：选项所在的协议层
- optname：选项名
- optval：指向设置选项值的指针
- optlen：选项值的长度
应用示例：
int reuse = 1; setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));
14. getsockopt()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- level：选项所在的协议层
- optname：选项名
- optval：指向存储选项值的缓冲区
- optlen：输入时为缓冲区大小，输出时为实际选项值的长度
应用示例：
int buffer_size; socklen_t optlen = sizeof(buffer_size); getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffer_size, &optlen);
15. shutdown()
- 头文件：#include <sys/socket.h>
- 函数原型：int shutdown(int sockfd, int how);
- 参数类型：
- sockfd：套接字描述符
- how：关闭连接的方式，常用的取值为：
- SHUT_RD：关闭读端
- SHUT_WR：关闭写端
- SHUT_RDWR：同时关闭读写端
- 应用示例：
shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);
16. inet_pton()
- 头文件：#include <arpa/inet.h>
- 函数原型：int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
- 参数类型：
- af：地址族，如AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）
- src：待转换的点分十进制字符串形式的地址
- dst：存储转换后的二进制格式地址的缓冲区
- 应用示例：
struct sockaddr_in server_address; inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(server_address.sin_addr));
17. htons() / htonl() / ntohs() / ntohl()
这些函数用于主机字节序和网络字节序之间的转换，分别用于16位和32位整数的主机到网络字节序以及网络到主机字节序的转换。
- 头文件：#include <arpa/inet.h>
- 函数原型：
- uint16_t htons(uint16_t hostshort);
- uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
- uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
- uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
这些函数在实际网络编程中经常用于端口号和IP地址等数据的转换。
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