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C 语言套接字基础

介绍

在网络编程中,套接字(Socket) 是用于实现网络通信的核心工具。它允许不同计算机之间的进程通过网络进行数据交换。无论是构建简单的客户端-服务器应用程序,还是实现复杂的分布式系统,套接字都是不可或缺的。

在C语言中,套接字编程主要通过一组系统调用(如 socket()bind()listen()accept()connect() 等)来实现。本文将逐步介绍这些基础概念,并通过代码示例帮助你理解如何使用C语言进行网络编程。


什么是套接字?

套接字是网络通信的端点,可以看作是两个程序之间通信的桥梁。它支持多种协议,最常见的是 TCP(传输控制协议)UDP(用户数据报协议)

  • TCP:提供可靠的、面向连接的通信,确保数据按顺序到达。
  • UDP:提供无连接的通信,速度快但不保证可靠性。

套接字通常分为两种类型:

  1. 流套接字(Stream Socket):用于TCP通信。
  2. 数据报套接字(Datagram Socket):用于UDP通信。

套接字的基本操作

以下是套接字编程的基本步骤:

  1. 创建套接字:使用 socket() 函数创建一个套接字。
  2. 绑定地址:使用 bind() 函数将套接字与本地地址绑定。
  3. 监听连接(仅服务器端):使用 listen() 函数监听客户端连接。
  4. 接受连接(仅服务器端):使用 accept() 函数接受客户端连接。
  5. 连接服务器(仅客户端):使用 connect() 函数连接到服务器。
  6. 发送和接收数据:使用 send()recv() 函数进行数据传输。
  7. 关闭套接字:使用 close() 函数关闭套接字。

代码示例:简单的TCP服务器和客户端

TCP服务器

以下是一个简单的TCP服务器代码示例:

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

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
int server_fd, new_socket;
struct sockaddr_in address;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *response = "Hello from server";

// 创建套接字
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("Socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}

// 绑定地址
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);
if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
perror("Bind failed");
close(server_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// 监听连接
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("Listen failed");
close(server_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// 接受连接
if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
perror("Accept failed");
close(server_fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}

// 接收数据
read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
printf("Client says: %s\n", buffer);

// 发送响应
send(new_socket, response, strlen(response), 0);
printf("Response sent\n");

// 关闭套接字
close(new_socket);
close(server_fd);
return 0;
}

TCP客户端

以下是一个简单的TCP客户端代码示例:

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

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
int sock = 0;
struct sockaddr_in serv_addr;
char *message = "Hello from client";
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

// 创建套接字
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
printf("\n Socket creation error \n");
return -1;
}

// 设置服务器地址
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(PORT);
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
return -1;
}

// 连接服务器
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
printf("\nConnection Failed \n");
return -1;
}

// 发送数据
send(sock, message, strlen(message), 0);
printf("Message sent\n");

// 接收响应
read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
printf("Server says: %s\n", buffer);

// 关闭套接字
close(sock);
return 0;
}

实际应用场景

套接字编程广泛应用于以下场景:

  1. Web服务器:处理HTTP请求和响应。
  2. 聊天应用程序:实现实时消息传递。
  3. 文件传输:通过FTP或自定义协议传输文件。
  4. 在线游戏:实现多玩家之间的实时通信。

总结

通过本文,你已经了解了C语言套接字编程的基础知识,包括套接字的概念、基本操作以及如何编写简单的TCP服务器和客户端程序。套接字是网络编程的核心工具,掌握它将为你打开网络开发的大门。


附加资源与练习

  • 练习:尝试修改上述代码,实现一个UDP服务器和客户端。
  • 推荐阅读
    • 《UNIX网络编程》 by W. Richard Stevens
    • Beej's Guide to Network Programming(在线资源)
提示

如果你对套接字编程有任何疑问,欢迎在评论区留言,我们会尽快为你解答!