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Linux 下基于 TCP 的 C 语言客户端/服务器通信详解（三个示例逐步进阶）

news 2025/8/18 17:07:25

Linux 下基于 TCP 的 C 语言客户端/服务器通信详解（三个示例逐步进阶）

在 Linux 下，基于 TCP 协议 的客户端/服务器通信可以通过 socket API 来实现。
很多初学者觉得“socket”晦涩又难懂，其实它就是一个“文件描述符”，和 open/read/write/close 一样，可以进行读写，只不过这次数据流是通过网络传输的。

本文通过 三个示例，从最简单的单向通信到双向循环通信，逐步带你理解 TCP 编程的完整流程：

  1. 客户端发送一次消息到服务器（单向通信）
  2. 客户端键盘循环发送消息到服务器
  3. 客户端和服务器双向键盘循环通信（多线程收发分离）

一、客户端发送一次消息到服务器（单向通信）

这是最简单的 TCP 应用场景：客户端发一句话，服务器接收并打印。
可以理解为：打电话 → 说一句话 → 挂电话。

客户端代码

/*
客户端流程：
1. socket()    创建套接字
2. connect()   连接服务器
3. send()      发送数据
4. close()     关闭套接字
*/#include "net.h"int main(int argc, char const *argv[])
{int fd;int ret;// 1. 买电话：创建套接字// AF_INET  -> 使用 IPv4 协议族// SOCK_STREAM -> 使用面向连接的 TCP// 0 -> 协议自动选择（一般就是 TCP）fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1){perror("socket"); // 打印错误原因exit(1);          // 创建失败直接退出}/*2. 绑卡（客户端通常省略）bind() 是给 socket 强行指定“本机的 IP/端口”。- 一般情况下，客户端只需要关心对方（服务器）的 IP/端口；自己的 IP/端口由操作系统自动分配即可。- 如果客户端调用 bind()，可能会因为端口占用/冲突而导致 connect() 失败。所以常规客户端 **直接跳过 bind**。*/// 3. 打电话：connect 连接到服务器struct sockaddr_in server;server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.146"); // 服务器 IPserver.sin_port = htons(10001); // 服务器端口（主机字节序 → 网络字节序）ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if (ret == -1){perror("connect");exit(1);}// 4. 发数据char buf[128] = "hello,world";ret = send(fd, buf, strlen(buf), 0);/*send 参数说明：- 第二个参数：要发送的数据- 第三个参数：要发送的字节数注意这里传 strlen(buf)：- strlen(buf) 表示字符串的实际有效长度（不包含 '\0'）。- 如果传 sizeof(buf)=128，就会把数组后面的 '\0' 也发过去，导致浪费带宽，甚至可能让对方收到一堆没用的空字符。总结：- 发数据时 → strlen（告诉内核“我实际要发多少”）- 收数据时 → sizeof（告诉内核“我最多能装多少”）*/if (ret == -1){perror("send");}// 5. 挂电话：释放套接字close(fd);return 0;
}

服务端代码

/*
服务端流程：
1. socket()    创建套接字
2. bind()      绑定 IP+端口
3. listen()    监听端口
4. accept()    等待客户端连接
5. recv()      接收数据
6. close()     关闭套接字
*/#include "net.h"int main(int argc, char const *argv[])
{int fd;int ret;int new_fd;// 1. 买电话：创建套接字fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1){perror("socket");exit(1);}// 防止端口被占用：// 如果服务器异常退出，内核会在几分钟内保留端口（TIME_WAIT 状态），// 重新 bind() 会报“Address already in use”。// 所以要设置 SO_REUSEADDR，允许端口快速复用。// 客户端用处不大，一般是服务器才需要int opt = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));// 2. 绑卡：指定服务器的 IP 和端口struct sockaddr_in server;server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.146"); // 服务器 IPserver.sin_port = htons(10001); // 服务器端口ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if (ret == -1){perror("bind");exit(1);}// 3. 监听：进入“接听模式”// backlog=5 表示内核允许排队的最大连接数为 5listen(fd, 5);printf("tcp server have started...\n");// 4. 接听：等待客户端呼入struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client); // socklen_t 通常等于 unsigned int,(u32)new_fd = accept(fd, (struct sockaddr *)&client, &len);if (new_fd == -1){perror("accept");exit(1);}// 打印客户端信息printf("client connected: %s:%d\n",inet_ntoa(client.sin_addr), // IP 地址转字符串ntohs(client.sin_port));   // 端口转主机字节序// 5. 收数据char buf[128] = {0};ret = recv(new_fd, buf, sizeof(buf), 0);/*recv 参数说明：- 第二个参数：缓冲区- 第三个参数：最大能接收的字节数这里必须用 sizeof(buf)，因为缓冲区还没有内容，没法用 strlen 来判断“能接收多少”。（strlen 只能用在已有字符串的场景）总结：- 收数据时 → sizeof（“最多能装多少”）- 发数据时 → strlen（“实际要发多少”）*/if (ret <= 0){perror("recv");close(new_fd);close(fd);return -1;}else{printf("receive from cli: %s\n", buf);}// 6. 挂电话// 先关通信套接字 new_fd，再关监听套接字 fd// 因为 监听套接字 fd 负责“接电话”，通信套接字 new_fd 负责“通话”// 先关 new_fd 表示先结束这次通话，再关 fd 表示整个电话服务不再提供// 如果反过来，先关 fd，监听功能就没了，但当前通话还在，逻辑上不合理close(new_fd);close(fd);return 0;
}

知识点：

  • 客户端 通常不需要 bind()，操作系统会自动分配端口。
  • 发送 时用 strlen()，接收 时用 sizeof()。
  • 服务端记得设置 SO_REUSEADDR，避免异常退出后端口占用。

二、客户端键盘循环发送消息到服务器

上一个例子只能发一次消息，不够灵活。
在实际聊天场景中，我们需要循环发送数据。这里加入 循环+fgets 实现多次通信。

客户端代码

/*
1. 买电话（创建套接字）            fd = socket()
2. 绑卡（可选，一般不需要）         bind()
3. 打电话（连接服务器）            connect()
4. 通话（循环发送数据）            send()
5. 挂电话（释放套接字）            close()本程序：客户端从键盘输入字符串，循环发送给服务器，直到输入 "quit"。
*/#include "net.h"int main(int argc, char *argv[])
{int fd;  // 客户端套接字int ret; // 系统调用返回值// 1. 买电话：创建 TCP 套接字fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1){perror("socket"); // 创建失败，打印错误原因exit(1);}// 允许重用端口（防止上次异常退出端口未释放）int on = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));/*2. 绑卡（客户端通常不写）bind() 用于指定本机 IP/端口。客户端不必写，操作系统会自动分配可用端口。写了 bind 可能与服务器端冲突，导致 connect 失败。*/// 3. 打电话：连接服务器struct sockaddr_in server;server.sin_family = AF_INET;                // IPv4 协议族server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.146"); // 服务器 IPserver.sin_port = htons(10001);            // 服务器端口（主机字节序→网络字节序）ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if (ret == -1){perror("connect"); // 连接失败exit(1);}// 4. 通话：循环发送数据char buf[50] = {0};while (1){memset(buf, 0, 50); // 清空缓冲区，保证上次残留数据不会影响本次发送fgets(buf, 50, stdin); // 从键盘读取字符串// send 参数：// buf      -> 发送内容// strlen(buf) -> 实际要发的字节数（不含多余 '\0'）ret = send(fd, buf, strlen(buf), 0);if (ret == -1){perror("send");}printf("send %d bytes\n", ret);// 输入 quit 即退出循环if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0)break;}// 5. 挂电话：关闭套接字close(fd);return 0;
}

服务端代码

/*
1. 买电话（创建套接字）          fd = socket()
2. 绑卡（绑定服务器 IP/端口）     bind()
3. 开机监听（监听端口）          listen()
4. 等待来电（接受连接）          accept()
5. 通话（循环接收数据）          recv()
6. 挂电话（关闭套接字）          close()本程序：服务端接收客户端发送的字符串并打印，直到客户端发送 "quit" 或断开。
*/#include "net.h"int main(int argc, char *argv[])
{int fd;       // 监听套接字int ret;      // 系统调用返回值int new_fd;   // 通信套接字（每个客户端对应一个 new_fd）// 1. 买电话：创建 TCP 套接字fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1){perror("socket");exit(1);}// 防止端口被占用（上次异常退出可能导致 TIME_WAIT）int on = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));// 2. 绑卡：指定服务器 IP 和端口struct sockaddr_in server;server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.146"); // 本机 IPserver.sin_port = htons(10001);                         // 端口ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));if (ret == -1){perror("bind");exit(1);}// 3. 监听：进入监听模式// backlog = 5 表示内核排队的最大连接数listen(fd, 5);printf("tcp server have started...\n");// 4. 接听：等待客户端连接struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);new_fd = accept(fd, (struct sockaddr *)&client, &len);if (new_fd == -1){perror("accept");exit(1);}// 打印客户端信息printf("client connected:\nIP = %s\nPort = %d\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));// 5. 通话：循环接收客户端数据char buf[50] = {0};while (1){memset(buf, 0, 50); // 清空缓冲区ret = recv(new_fd, buf, sizeof(buf), 0);// recv 参数：// buf      -> 接收缓冲区// sizeof(buf) -> 最大能接收的字节数printf("recv %d bytes: %s", ret, buf);// 客户端输入 quit 则退出if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0){printf("client quit\n");break;}// 如果 recv 返回 0，表示客户端已经断开连接if (ret == 0){printf("client offline\n");break;}}// 6. 挂电话// 先关闭通信套接字 new_fd，再关闭监听套接字 fdclose(new_fd);close(fd);return 0;
}

知识点：

  • 客户端输入 “quit” → 服务端退出。
  • memset 保证缓冲区干净，避免上一次数据残留。
  • recv() 返回 0 表示客户端关闭连接。

三、客户端和服务器双向键盘循环通信（多线程）

到这里，如果要实现“真正的聊天”，必须支持 收发同时进行。
单线程只能阻塞在 send() 或 recv()，所以需要 多线程分离收发。

客户端代码

/*
1.买电话				fd=socket()
2.绑卡				bind()
3.打电话				connect()
4.收发数据			send/recv()
5.挂电话				close()客户端键盘循环发送一个字符串给服务器端接收并打印
服务端键盘循环发送一个字符串给客户端接收并打印
*/#include "net.h" // 包含网络相关的头文件，如 <sys/socket.h>, <arpa/inet.h> 等int fd; // 全局变量，存储客户端的 socket 文件描述符// 接收消息的线程函数，负责从服务器接收数据并打印
void *recv_mess(void *arg)
{int ret;                        // 存储接收操作的返回值char buf[50] = {0};             // 接收数据的缓冲区，初始化为 0pthread_detach(pthread_self()); // 设置线程为分离状态，线程结束时自动回收资源while (1)                       // 循环接收消息{bzero(buf, 50);                      // 清空缓冲区ret = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); // 从 socket 接收数据printf("recv srv %d: %s", ret, buf); // 打印接收到的数据和字节数if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0)  // 如果接收到 "quit" 字符串{printf("srv quit\n"); // 打印服务器退出信息break;                // 退出循环}if (ret == 0) // 如果返回值是 0，表示服务器断开连接{printf("srv offline\n"); // 打印服务器下线信息break;                   // 退出循环}}return NULL; // 线程函数返回，因为用了pthread_detach，所以这句话可以省略
}int main(int argc, char *argv[])
{int ret; // 存储函数调用的返回值// 1. 创建 socket（买电话）// AF_INET 表示使用 IPv4，SOCK_STREAM 表示 TCP 协议fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1) // 如果创建 socket 失败{perror("socket"); // 打印错误信息exit(1);          // 退出程序}// 2. 绑定地址（绑卡）// 作为客户端，不需要绑定地址// 设置 socket 选项，允许重用端口int on = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)); // 防止端口被占用// 3. 连接服务器（打电话）struct sockaddr_in server;                                     // 定义服务器地址结构server.sin_family = AF_INET;                                   // 设置地址族为 IPv4server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.146");         // 服务器 IP 地址server.sin_port = htons(10001);                                // 服务器端口号（网络字节序）ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)); // 连接到服务器if (ret == -1)                                                 // 如果连接失败{perror("connect"); // 打印错误信息exit(1);           // 退出程序}// 创建接收消息的线程pthread_t tid;                               // 线程 IDpthread_create(&tid, NULL, recv_mess, NULL); // 创建线程，运行 recv_mess 函数// 4. 发送数据（收发数据）char buf[50]; // 发送数据的缓冲区while (1)     // 循环发送数据{bzero(buf, 50);                      // 清空缓冲区fgets(buf, 50, stdin);               // 从标准输入（键盘）读取一行数据ret = send(fd, buf, strlen(buf), 0); // 发送数据到服务器printf("send %d\n", ret);            // 打印发送的字节数if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0)  // 如果输入 "quit"break;                           // 退出循环}// 5. 关闭 socket（挂电话）close(fd); // 关闭 socket 连接return 0;  // 程序正常退出
}

服务端代码（双向循环）

/*
1.买电话				fd=socket()
2.绑卡					bind()
3.监听					listen()
4.接听					accept()
5.收发数据				send/recv
6.挂电话				close()客户端键盘循环发送一个字符串给服务器端接收并打印
服务端键盘循环发送一个字符串给客户端接收并打印
*/#include "net.h" // 包含网络相关的头文件，如 <sys/socket.h>, <arpa/inet.h> 等// 发送消息的线程函数，负责从键盘读取数据并发送给客户端
void *send_mess(void *arg)
{int ret; // 存储发送操作的返回值int newfd = *((int *)arg);// arg 是一个 void * 类型的指针，*((int *)arg) 的作用是将这个指针转换为 int 指针并解引用// 这样可以获取其指向的整数值（在这里是客户端连接的文件描述符 newfd）char buf[50];                   // 发送数据的缓冲区pthread_detach(pthread_self()); // 设置线程为分离状态，线程结束时自动回收资源while (1)                       // 循环发送数据{bzero(buf, 50);                         // 清空缓冲区fgets(buf, 50, stdin);                  // 从标准输入（键盘）读取一行数据ret = send(newfd, buf, strlen(buf), 0); // 发送数据到客户端printf("send %d\n", ret);               // 打印发送的字节数if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0)     // 如果输入 "quit"break;                              // 退出循环}return NULL; // 线程函数返回,因为用了pthread_detach,所以这句话可以省略
}int main(int argc, char *argv[])
{int fd;  // 服务器监听 socket 的文件描述符int ret; // 存储函数调用的返回值// 1. 创建 socket（买电话）// AF_INET 表示使用 IPv4，SOCK_STREAM 表示 TCP 协议fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1) // 如果创建 socket 失败{perror("socket"); // 打印错误信息exit(1);          // 退出程序}int on = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)); // 设置 socket 选项，允许重用端口// 2. 绑定地址（绑卡）struct sockaddr_in server;                                  // 定义服务器地址结构server.sin_family = AF_INET;                                // 设置地址族为 IPv4server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.107.164");      // 服务器 IP 地址server.sin_port = htons(10001);                             // 服务器端口号（网络字节序）ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)); // 绑定 socket 和地址if (ret == -1)                                              // 如果绑定失败{perror("bind"); // 打印错误信息exit(1);        // 退出程序}// 3. 监听连接（监听）listen(fd, 5);                          // 设置 socket 为监听状态，最大排队连接数为 5printf("tcp server have started...\n"); // 打印服务器启动信息// 4. 接受客户端连接（接听）struct sockaddr_in client;                                // 客户端地址结构socklen_t len = sizeof(client);                           // 客户端地址结构的大小int newfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&client, &len); // 接受客户端连接if (newfd == -1)                                          // 如果接受连接失败{perror("accept"); // 打印错误信息exit(1);          // 退出程序}printf("ip=%s\n", inet_ntoa(client.sin_addr)); // 打印客户端 IP 地址printf("port=%d\n", ntohs(client.sin_port));   // 打印客户端端口号system("netstat -na | grep 10001");            // 显示当前网络连接状态（调试用）// 创建发送消息的线程pthread_t tid;                                 // 线程 IDpthread_create(&tid, NULL, send_mess, &newfd); // 创建线程，运行 send_mess 函数// 5. 接收数据（收发数据）char buf[50] = {0}; // 接收数据的缓冲区，初始化为 0while (1)           // 循环接收数据{bzero(buf, 50);                         // 清空缓冲区ret = recv(newfd, buf, sizeof(buf), 0); // 从客户端接收数据printf("recv cli %d: %s", ret, buf);    // 打印接收到的数据和字节数if (strncmp(buf, "quit\n", 5) == 0)     // 如果接收到 "quit"{printf("client quit\n"); // 打印客户端退出信息break;                   // 退出循环}if (ret == 0) // 如果返回值是 0，表示客户端断开连接{printf("client offline\n"); // 打印客户端下线信息break;                      // 退出循环}}// 6. 关闭 socket（挂电话）close(newfd); // 关闭与客户端的连接close(fd);    // 关闭服务器监听 socketreturn 0;     // 程序正常退出
}

知识点：

  • 双向通信需要多线程（一个线程收，一个线程发）。
  • pthread_detach 避免线程资源泄漏。
  • 输入 "quit" 即可退出循环。

总结

  • 单向通信：客户端发一次 → 服务器收一次。

  • 单向循环：客户端可多次发送，服务器循环接收。

  • 双向循环：客户端 & 服务端都能收发 → 需多线程。

  • 编程技巧：

    • strlen() 用于发送数据长度
    • sizeof() 用于接收缓冲区大小
    • setsockopt(SO_REUSEADDR) 避免端口占用
    • pthread_detach() 防止线程僵死

通过这三步，就能写出一个简易 Linux C 版聊天室 。
后续可以扩展成 支持多个客户端（用 fork 或 epoll 实现）。

(完)

http://www.dtcms.com/a/336743.html

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