Socket API 核心函数详解

Socket API 核心函数详解

一、TCP 核心函数

1. socket() - 创建套接字

c

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

• 功能：创建一个套接字描述符，用于后续网络通信。
• 参数：
  • domain：协议族（如AF_INET表示 IPv4，AF_INET6表示 IPv6）。
  • type：套接字类型（如SOCK_STREAM表示 TCP，SOCK_DGRAM表示 UDP）。
  • protocol：通常为 0，表示自动选择对应类型的默认协议。
• 返回值：成功返回套接字描述符（非负整数），失败返回-1。
• 示例：

  c

  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建TCP套接字
  

2. bind() - 绑定地址和端口

c

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 功能：将套接字与指定的 IP 地址和端口号绑定。
• 参数：
  • sockfd：socket()返回的套接字描述符。
  • addr：指向struct sockaddr的指针，包含 IP 地址和端口信息。
  • addrlen：地址结构的长度。
• 返回值：成功返回 0，失败返回-1。
• 示例：

  c

  struct sockaddr_in server_addr;
  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定所有可用接口
  server_addr.sin_port = htons(8888);       // 端口号需转换为网络字节序
  bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
  

3. listen() - 监听连接

c

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

• 功能：将套接字设置为被动模式（监听模式），等待客户端连接。
• 参数：
  • sockfd：套接字描述符。
  • backlog：允许的最大连接请求队列长度（如SOMAXCONN表示系统默认值）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回-1。
• 示例：

  c

  listen(sockfd, SOMAXCONN); // 监听客户端连接
  

4. accept() - 接受连接

c

#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• 功能：从等待连接队列中取出一个连接请求，创建新的套接字用于与客户端通信。
• 参数：
  • sockfd：监听套接字描述符。
  • addr：存储客户端地址信息的结构体指针（可设为NULL）。
  • addrlen：地址结构长度的指针。
• 返回值：成功返回新的客户端套接字描述符，失败返回-1。
• 示例：

  c

  struct sockaddr_in client_addr;
  socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
  int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
  // connfd 用于与客户端通信
  

5. connect() - 建立连接（客户端）

c

#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 功能：客户端向服务器发起连接请求。
• 参数：
  • sockfd：客户端套接字描述符。
  • addr：服务器地址信息结构体指针。
  • addrlen：地址结构长度。
• 返回值：成功返回 0，失败返回-1。
• 示例：

  c

  struct sockaddr_in server_addr;
  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 服务器IP
  server_addr.sin_port = htons(8888);                   // 服务器端口
  connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
  

6. send()/recv() - 发送 / 接收数据

c

#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

• 功能：在已连接的套接字上发送 / 接收数据。
• 参数：
  • sockfd：套接字描述符。
  • buf：发送 / 接收数据的缓冲区。
  • len：数据长度。
  • flags：通常为 0，或设置特殊标志（如MSG_DONTWAIT表示非阻塞）。
• 返回值：
  • send()：成功返回实际发送的字节数，失败返回-1。
  • recv()：返回接收到的字节数，连接关闭返回 0，失败返回-1。
• 示例：

  c

  // 发送数据
  char *msg = "Hello, server!";
  send(sockfd, msg, strlen(msg), 0);// 接收数据
  char buffer[1024];
  int n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
  if (n > 0) buffer[n] = '\0'; // 确保字符串以'\0'结尾
  

二、UDP 核心函数

1. sendto() - 发送 UDP 数据报

c

#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

• 功能：向指定目标地址发送 UDP 数据报（无需预先连接）。
• 参数：
  • 前 4 个参数与send()相同。
  • dest_addr：目标地址结构体指针。
  • addrlen：地址结构长度。
• 返回值：成功返回发送的字节数，失败返回-1。
• 示例：

  c

  struct sockaddr_in server_addr;
  // 设置服务器地址...
  char *msg = "Hello, UDP server!";
  sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
  

2. recvfrom() - 接收 UDP 数据报

c

#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

• 功能：接收 UDP 数据报，并获取发送方的地址信息。
• 参数：
  • 前 4 个参数与recv()相同。
  • src_addr：存储发送方地址的结构体指针（可设为NULL）。
  • addrlen：地址结构长度的指针。
• 返回值：成功返回接收的字节数，失败返回-1。
• 示例：

  c

  struct sockaddr_in client_addr;
  socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
  char buffer[1024];
  int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
  

三、TCP 与 UDP 的核心区别

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（需三次握手）	无连接
可靠性	可靠（自动重传、排序）	不可靠（可能丢包、乱序）
传输效率	较低（有确认机制）	较高（无额外开销）
数据形式	字节流（无边界）	数据报（有边界）
适用场景	文件传输、HTTP、SMTP 等	实时音视频、DNS、游戏等
核心函数	connect()、accept()、send()、recv()	sendto()、recvfrom()

四、常见错误处理

1. bind()失败（EADDRINUSE）：

   • 原因：端口已被占用。
   • 解决：使用setsockopt()设置SO_REUSEADDR选项重用端口。

   c

   int opt = 1;
   setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
   

2. accept()返回EAGAIN或EWOULDBLOCK：

   • 原因：在非阻塞模式下没有连接请求。
   • 解决：继续处理其他事件或等待下一次epoll_wait()。

3. recv()返回 0：

   • 原因：对方关闭了连接。
   • 解决：关闭对应的套接字。

4. send()/recv()返回-1且errno为EINTR：

   • 原因：系统调用被信号中断。
   • 解决：重试操作。

五、总结

• TCP 函数流程：
  服务器：socket() → bind() → listen() → accept() → send()/recv()
  客户端：socket() → connect() → send()/recv()

• UDP 函数流程：
  发送方：socket() → sendto()
  接收方：socket() → bind() → recvfrom()

掌握这些核心函数是实现网络编程的基础，不同函数的组合和参数设置决定了网络程序的行为（如阻塞 / 非阻塞、面向连接 / 无连接）。

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