Linux下socket編程程序實現

實現功能：客戶端從服務器讀取一個字符串並打印出來。

server.cpp

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

int main(){
    //創建套接字
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    //將套接字和IP、端口綁定
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    //進入監聽狀態，等待用戶發起請求
    listen(serv_sock, 20);

    //接收客戶端請求
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);

    //向客戶端發送數據
    char str[] = "www.cplusplus.com";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));
   
    //關閉套接字
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);

    return 0;
}

在 Linux 下使用 <sys/socket.h> 頭文件中 socket() 函數來創建套接字，原型爲：

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

af 爲地址族（Address Family），也就是 IP 地址類型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6。

type 爲數據傳輸方式/套接字類型，常用的有 SOCK_STREAM（流格式套接字/面向連接的套接字） 和 SOCK_DGRAM（數據報套接字/無連接的套接字）

protocol 表示傳輸協議，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分別表示 TCP 傳輸協議和 UDP 傳輸協議。

---

如果使用 SOCK_STREAM 傳輸數據，那麼滿足這兩個條件的協議只有 TCP，因此可以這樣來調用 socket() 函數：

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //IPPROTO_TCP表示TCP協議

這種套接字稱爲 TCP 套接字。

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如果使用 SOCK_DGRAM 傳輸方式，那麼滿足這兩個條件的協議只有 UDP，因此可以這樣來調用 socket() 函數：

int  udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); //IPPROTO_UDP表示UDP協議

這種套接字稱爲 UDP 套接字。

---

上面兩種情況都只有一種協議滿足條件，可以將 protocol 的值設爲 0，系統會自動推演出應該使用什麼協議，如下所示：

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //創建TCP套接字

int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //創建UDP套接字

---

bind() 函數

bind() 函數的原型爲：

int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //Linux

sock 爲 socket 文件描述符，addr 爲 sockaddr 結構體變量的指針，addrlen 爲 addr 變量的大小，可由 sizeof() 計算得出。

//創建套接字
int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//創建sockaddr_in結構體變量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
//將套接字和IP、端口綁定
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

bind() 第二個參數的類型爲 sockaddr，而代碼中卻使用 sockaddr_in，然後再強制轉換爲 sockaddr，

sockaddr 結構體的定義如下：

struct sockaddr{
       sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址類型
       char sa_data[14]; //IP地址和端口號
};

sockaddr_in 結構體

struct sockaddr_in{
      sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址類型
      uint16_t sin_port; //16位的端口號
      struct in_addr sin_addr; //32位IP地址
      char sin_zero[8]; //不使用，一般用0填充
};

                                                           

sockaddr 和 sockaddr_in 的長度相同，都是16字節，只是將IP地址和端口號合併到一起，用一個成員 sa_data 表示。要想給 sa_data 賦值，必須同時指明IP地址和端口號，例如”127.0.0.1:80“，遺憾的是，沒有相關函數將這個字符串轉換成需要的形式，也就很難給 sockaddr 類型的變量賦值，所以使用 sockaddr_in 來代替。這兩個結構體的長度相同，強制轉換類型時不會丟失字節，也沒有多餘的字節。

可以認爲，sockaddr 是一種通用的結構體，可以用來保存多種類型的IP地址和端口號，而 sockaddr_in 是專門用來保存 IPv4 地址的結構體。

client.cpp

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int main(){
    //創建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //向服務器（特定的IP和端口）發起請求
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
   
    //讀取服務器傳回的數據
    char buffer[40];
    read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
   
    printf("Message form server: %s\n", buffer);
   
    //關閉套接字
    close(sock);

    return 0;
}

connect() 函數

connect() 函數用來建立連接，它的原型爲：

int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);  //Linux

對於服務器端程序，使用 bind() 綁定套接字後，還需要使用 listen() 函數讓套接字進入被動監聽狀態，再調用 accept() 函數，就可以隨時響應客戶端的請求了。

listen() 函數

通過 listen() 函數可以讓套接字進入被動監聽狀態，它的原型爲：

int listen(int sock, int backlog); //Linux

sock 爲需要進入監聽狀態的套接字，backlog 爲請求隊列的最大長度。

所謂被動監聽，是指當沒有客戶端請求時，套接字處於“睡眠”狀態，只有當接收到客戶端請求時，套接字纔會被“喚醒”來響應請求。

listen() 只是讓套接字處於監聽狀態，並沒有接收請求。接收請求需要使用 accept() 函數。

accept() 函數

當套接字處於監聽狀態時，可以通過 accept() 函數來接收客戶端請求。它的原型爲：

int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //Linux

它的參數與 listen() 和 connect() 是相同的：sock 爲服務器端套接字，addr 爲 sockaddr_in 結構體變量，addrlen 爲參數 addr 的長度，可由 sizeof() 求得。

listen() 只是讓套接字進入監聽狀態，並沒有真正接收客戶端請求，listen() 後面的代碼會繼續執行，直到遇到 accept()。accept() 會阻塞程序執行（後面代碼不能被執行），直到有新的請求到來。

Linux下數據的接收和發送

Linux 不區分套接字文件和普通文件，使用 write() 可以向套接字中寫入數據，使用 read() 可以從套接字中讀取數據。

write() 的原型爲：

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);

fd 爲要寫入的文件的描述符，buf 爲要寫入的數據的緩衝區地址，nbytes 爲要寫入的數據的字節數。

write() 函數會將緩衝區 buf 中的 nbytes 個字節寫入文件 fd，成功則返回寫入的字節數，失敗則返回 -1。

read() 的原型爲：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);

size_t 是通過 typedef 聲明的 unsigned int 類型；ssize_t 在 "size_t" 前面加了一個"s"，代表 signed，即 ssize_t 是通過 typedef 聲明的 signed int 類型。

fd 爲要讀取的文件的描述符，buf 爲要接收數據的緩衝區地址，nbytes 爲要讀取的數據的字節數。

read() 函數會從 fd 文件中讀取 nbytes 個字節並保存到緩衝區 buf，成功則返回讀取到的字節數（但遇到文件結尾則返回0），失敗則返回 -1。