Linux下基於C/C++的Socket編程實例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#define SERVPORT 3333
#define MAXDATASIZE 100    /*每次最大數據傳輸量 */

main(int argc, char *argv[])
{
    int sock_fd, recvbytes;
    char buf[MAXDATASIZE];
    struct hostent *host;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    if(argc< 2) {
        fprintf(stderr,"Please enter the server's hostname!\n");
        exit(1);
    }
    if((host=gethostbyname(argv[1])) == NULL) {
        herror("gethostbyname出錯！");
        exit(1);
    }
    if((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket創建出錯！");
        exit(1);
    }
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
    serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
    bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
    if(connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("connect出錯！");
        exit(1);
    }
    if((recvbytes=recv(sock_fd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1) {
        perror("recv出錯！");
        exit(1);
    }
    buf[recvbytes] = '\0';
    printf("Received: %s",buf);
    close(sock_fd);
}

Socket編程實例

　　 代碼實例中的服務器通過socket連接向客戶端發送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服務器上運行該服務器軟件，在客戶端運行客戶軟件，客戶端就會收到該字符串。

　　 該服務器軟件代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#define SERVPORT 3333    /*服務器監聽端口號 */
#define BACKLOG 10    /* 最大同時連接請求數 */

main()
{
    int sock_fd,client_fd;    /*sock_fd：監聽socket；client_fd：數據傳輸socket */
    int sin_size;
    struct sockaddr_in my_addr;    /* 本機地址信息 */
    struct sockaddr_in remote_addr;    /* 客戶端地址信息 */
    if((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket創建出錯！");
        exit(1);
    }
    my_addr.sin_family=AF_INET;
    my_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
    my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    bzero(&(my_addr.sin_zero),8);
    if(bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("bind出錯！");
        exit(1);
    }
    if(listen(sock_fd, BACKLOG) == -1) {
        perror("listen出錯！");
        exit(1);
    }
    while(1) {
        sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
        if((client_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size)) == -1) {
            perror("accept出錯");
            continue;
        }
        printf("received a connection from %s\n", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
        if(!fork()) {    /* 子進程代碼段 */
            if(send(client_fd, "Hello, you are connected!\n", 26, 0) == -1) {
                perror("send出錯！");
            }
            close(client_fd);
            exit(0);
        }
        close(client_fd);
    }
}

　服務器的工作流程是這樣的：

　　首先調用socket函數創建一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，然後調用listen在相應的socket上監聽，當accpet接收到一個連接服務請求時，將生成一個新的socket。服務器顯示該客戶機的IP地址，並通過新的socket向客戶端發送字符串"Hello，you are connected!"。最後關閉該socket。

　　代碼實例中的fork()函數生成一個子進程來處理數據傳輸部分，fork()語句對於子進程返回的值爲0。所以包含fork函數的if語句是子進程代碼部分，它與if語句後面的父進程代碼部分是併發執行的。

　　客戶端程序代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#define SERVPORT 3333
#define MAXDATASIZE 100    /*每次最大數據傳輸量 */

main(int argc, char *argv[])
{
    int sock_fd, recvbytes;
    char buf[MAXDATASIZE];
    struct hostent *host;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    if(argc< 2) {
        fprintf(stderr,"Please enter the server's hostname!\n");
        exit(1);
    }
    if((host=gethostbyname(argv[1])) == NULL) {
        herror("gethostbyname出錯！");
        exit(1);
    }
    if((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket創建出錯！");
        exit(1);
    }
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
    serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
    bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
    if(connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("connect出錯！");
        exit(1);
    }
    if((recvbytes=recv(sock_fd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1) {
        perror("recv出錯！");
        exit(1);
    }
    buf[recvbytes] = '\0';
    printf("Received: %s",buf);
    close(sock_fd);
}

客戶端程序首先通過服務器域名獲得服務器的IP地址，然後創建一個socket，調用connect函數與服務器建立連接，連接成功之後接收從服務器發送過來的數據，最後關閉socket。

　　函數gethostbyname()是完成域名轉換的。由於IP地址難以記憶和讀寫，所以爲了方便，人們常常用域名來表示主機，這就需要進行域名和IP地址的轉換。函數原型爲：

　　 struct hostent *gethostbyname(const char *name);

　　 函數返回爲hosten的結構類型，它的定義如下：

　　 struct hostent {
     char *h_name;          /* 主機的官方域名 */
char **h_aliases;          /* 一個以NULL結尾的主機別名數組 */
int h_addrtype;         /* 返回的地址類型，在Internet環境下爲AF-INET */
int h_length;           /* 地址的字節長度 */
char **h_addr_list;           /* 一個以0結尾的數組，包含該主機的所有地址*/
};
#define h_addr h_addr_list[0]       /*在h-addr-list中的第一個地址*/

　　 當 gethostname()調用成功時，返回指向struct hostent的指針，當調用失敗時返回-1。當調用gethostbyname時，你不能使用perror()函數來輸出錯誤信息，而應該使用herror()函數來輸出。

　　無連接的客戶/服務器程序，在原理上和連接的客戶/服務器是一樣的，兩者的區別在於無連接的客戶/服務器中的客戶一般不需要建立連接，而且在發送接收數據時，需要指定遠端機的地址。

阻塞和非阻塞

　　阻塞函數在完成其指定的任務以前不允許程序調用另一個函數。例如，程序執行一個讀數據的函數調用時，在此函數完成讀操作以前將不會執行下一程序語句。當服務器運行到accept語句時，而沒有客戶連接服務請求到來，服務器就會停止在accept語句上等待連接服務請求的到來。這種情況稱爲阻塞（blocking）。而非阻塞操作則可以立即完成。比如，如果你希望服務器僅僅注意檢查是否有客戶在等待連接，有就接受連接，否則就繼續做其他事情，則可以通過將Socket設置爲非阻塞方式來實現。非阻塞socket在沒有客戶在等待時就使accept調用立即返回。

　　 #include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
……
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK)；
……

　　通過設置Socket爲非阻塞方式，可以實現"輪詢"若干Socket。當企圖從一個沒有數據等待處理的非阻塞Socket讀入數據時，函數將立即返回，返回值爲-1，並置errno值爲EWOULDBLOCK。但是這種"輪詢"會使CPU處於忙等待方式，從而降低性能，浪費系統資源。而調用select()會有效地解決這個問題，它允許你把進程本身掛起來，而同時使系統內核監聽所要求的一組文件描述符的任何活動，只要確認在任何被監控的文件描述符上出現活動，select()調用將返回指示該文件描述符已準備好的信息，從而實現了爲進程選出隨機的變化，而不必由進程本身對輸入進行測試而浪費CPU開銷。select函數原型爲：

　　 int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

　　 其中readfds、writefds、exceptfds分別是被select()監視的讀、寫和異常處理的文件描述符集合。如果你希望確定是否可以從標準輸入和某個socket描述符讀取數據，你只需要將標準輸入的文件描述符0和相應的sockdtfd加入到readfds集合中；numfds的值是需要檢查的號碼最高的文件描述符加1，這個例子中numfds的值應爲sockfd+1；當select返回時，readfds將被修改，指示某個文件描述符已經準備被讀取，你可以通過FD_ISSSET()來測試。爲了實現fd_set中對應的文件描述符的設置、復位和測試，它提供了一組宏：

　　 FD_ZERO(fd_set *set)----清除一個文件描述符集；
FD_SET(int fd,fd_set *set)----將一個文件描述符加入文件描述符集中；
FD_CLR(int fd,fd_set *set)----將一個文件描述符從文件描述符集中清除；
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)----試判斷是否文件描述符被置位。

　　 Timeout參數是一個指向struct timeval類型的指針，它可以使select()在等待timeout長時間後沒有文件描述符準備好即返回。struct timeval數據結構爲：

　 struct timeval {
int tv_sec; /* seconds */
int tv_usec; /* microseconds */
};

POP3客戶端實例

　　下面的代碼實例基於POP3的客戶協議，與郵件服務器連接並取回指定用戶帳號的郵件。與郵件服務器交互的命令存儲在字符串數組POPMessage中，程序通過一個do-while循環依次發送這些命令。

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#define POP3SERVPORT 110
#define MAXDATASIZE 4096
main(int argc, char *argv[]){
int sock_fd;
struct hostent *host;
struct sockaddr_in serv_addr;
char *POPMessage[]={
"USER userid\r\n",
"PASS password\r\n",
"STAT\r\n",
"LIST\r\n",
"RETR 1\r\n",
"DELE 1\r\n",
"QUIT\r\n",
NULL
};
int iLength;
int iMsg=0;
int iEnd=0;
char buf[MAXDATASIZE];
if((host=gethostbyname("your.server"))==NULL) {
perror("gethostbyname error");
exit(1);
}
if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket error");
exit(1);
}
serv_addr.sin_family=AF_INET;
serv_addr.sin_port=htons(POP3SERVPORT);
serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1){
perror("connect error");
exit(1);
}
do {
send(sock_fd,POPMessage[iMsg],strlen(POPMessage[iMsg]),0);
printf("have sent: %s",POPMessage[iMsg]);
iLength=recv(sock_fd,buf+iEnd,sizeof(buf)-iEnd,0);
iEnd+=iLength;
buf[iEnd]='\0';
printf("received: %s,%d\n",buf,iMsg);
iMsg++;
} while (POPMessage[iMsg]);
close(sockfd);
}