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LinuxSocket套接字编程

news 来源：原创 2025/9/18 22:25:15

1.介绍函数使用

1.创建套接字

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

domain：指定协议族，如AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）。
type：指定套接字类型，如SOCK_DGRAM（UDP）或SOCK_STREAM（TCP）。
protocol：通常设置为0，表示使用默认协议。

返回值：成功时返回一个套接字描述符，失败时返回-1。

2.绑定套接字到一个特定的IP地址和端口号

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd：由socket()返回的套接字描述符。
addr：指向sockaddr结构的指针，包含要绑定的地址信息。
addrlen：addr的长度。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

3.从UDP套接字接收数据，获取发送方地址

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sockfd：套接字描述符。
buf：用于存储接收到的数据的缓冲区。
len：缓冲区的大小。
flags：通常设置为0。
src_addr：指向sockaddr结构的指针，用于存储发送方的地址信息。
addrlen：指向socklen_t的指针，用于指定src_addr的长度。

4.向指定的地址发送数据

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

sockfd：套接字描述符。
buf：要发送的数据的缓冲区。
len：要发送的数据的长度。
flags：通常设置为0。
dest_addr：指向sockaddr结构的指针，包含目标地址信息。
addrlen：dest_addr的长度。

5.设置套接字选项

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

sockfd：套接字描述符。
level：选项级别，如SOL_SOCKET。
optname：选项名称，如SO_REUSEADDR或SO_REUSEPORT。
optval：指向选项值的指针。
optlen：选项值的长度。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

6.将网络字节序的IP地址转换为点分十进制

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

hostshort：主机字节序的无符号短整数

返回值：网络字节序的无符号短整数。

7.将主机字节序的无符号整数转换为网络字节序

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

hostshort：主机字节序的无符号短整数。

返回值：网络字节序的无符号短整数。

8.将网络字节序的无符号整数转换为主机字节序

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

netshort：网络字节序的无符号短整数。

netstate指令查看状态

etstat命令是一个功能强大的网络工具，用于查看和分析系统的网络状态。以下是netstat命令的一些常用选项和示例，帮助你查看网络连接状态：

常用选项

-a：显示所有活动的网络连接，包括监听和非监听状态。
-t：仅显示TCP协议相关的连接。
-u：仅显示UDP协议相关的连接。
-n：以数字形式显示地址和端口号，避免进行DNS解析。
-l：仅显示监听状态的连接。
-p：显示与网络连接相关联的进程ID和程序名称。
-r：显示路由表信息。
-i：显示网络接口统计信息。

类比理解：bind 就像「分配电话号码」

假设你的程序是一个「电话」，网络通信需要两件事：

电话号码（IP地址 + 端口）：别人通过这个号码找到你。
电话机（套接字）：用来接听和拨打电话的工具。

bind 的作用：
把你的「电话机」绑定到一个「电话号码」上。这样，别人（其他程序）才能通过这个号码联系到你。

2.实现socket通信

1.服务端构造函数

要接收一个端口号，以及一个处理信息的函数，然后isrunning是一个判断执行状态，true表示运行中，就可以执行主体代码。

   UdpServer(uint16_t port,func_t func):_sockfd(defaultfd),_port(port),_isrunning(false),_func(func){}

2.服务端初始化函数

创建端口号，设定为UDP模式(虽然第三参数为0，但是前两个参数就决定了模式是UDP的)，setsockopt函数用来这个原因是，当服务器主动关闭连接的时候，套接字会进入TIME_WAIT状态，这个原因是，当服务器主动关闭连接的时候，套接字会进入TIME_WAIT状态，可以设置一下地址端口重用，不然就会打印出日志bind error信息。bero函数是吧给定的空间进行初始化为0，接着就是初始化协议族为四字节，然后端口号要转成网络字节序，然后设置套接字绑定的ip地址为INADDR_ANY，表示该套接字将监听所有可用的网络接口上的链接请求，INADDR_ANY是一个常量，，表示任何可用的网络接口，这样子设置是为了把所有的客户端信息接收了，客户端可能是各种网络的，所以设置这个可用全部接收，接着就是绑定套接字了，因为是在栈区上创建的，是在用户层面上，需要到内核态里，就需要bind函数来进行绑定，绑定后的套接字才是有用的。

 void Init(){_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(1);}int opt = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success, sockfd:"<<_sockfd;struct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;int n=bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO)<<"bind success,sockfd:"<<_sockfd;}

3.服务端开始函数

进入这个函数就可以把运行状态设置为true，然后进入循环，设置buffer用来接收消息，创建sockaddr_in类型peer表示客户端的消息(如端口号和IP地址)，因为recvfrom函数需要这个参数，这个函数是在UDP套接字接收数据，peer就是一个输出型参数，执行完后，可以从peer里知道是谁发的，就像信封，上面有发件人的信息，需要注意的是参数需要强转成sockaddr类型的，接收成功就进入判断，从peer结构体里可以得到客户端信息(访问成员变量)，然后用inet_ntoa将网络字节序转成点分十进制，调用回调函数，把buffer传过去，得到的信息处理再返回，最后执行sendto函数把信息进行发送回去，告诉客户端已经接收到了这个信息。

在使用recvfrom函数时，需要将sockaddr_in强制转换为sockaddr类型，原因如下：

兼容性

sockaddr是一个通用的套接字地址结构体，用于支持多种协议族。sockaddr_in是internet环境下套接字的地址形式，专门用于IPv4地址。

套接字函数如bind、connect、recvfrom等设计为使用通用的sockaddr结构体作为参数，以便能够支持不同的地址族。通过将sockaddr_in强制转换为sockaddr，可以确保这些函数能够接受IPv4地址信息，同时保持接口的一致性。

灵活性

强制转换允许程序员在需要时传递特定的地址结构体，同时保持函数接口的通用性。这意味着，如果将来需要支持其他类型的地址（如IPv6地址sockaddr_in6），只需更改地址结构体的类型和相应的转换，而无需修改函数调用的代码。

统一性

sockaddr和sockaddr_in的长度都是16个字节，因此可以互相转换。这种统一的内存布局使得在不同地址类型之间进行转换成为可能，而不会导致数据损坏或访问错误的内存区域。

void Start(){_isrunning=true;while(_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);std::cout << "服务器开始接收数据: " << std::endl;ssize_t s=recvfrom(_sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(s>0){std::cout<<"进入判断"<<std::endl;int peer_port=ntohs(peer.sin_port);std::string peer_ip=inet_ntoa(peer.sin_addr);buffer[s]=0;std::cout << "buffer: " << buffer << std::endl;std::string result=_func(buffer);std::cout << "result: "  <<result << std::endl;sendto(_sockfd,result.c_str(),result.size(),0,(struct sockaddr*)&peer,len);}}}std::string defaulthandler(const std::string& message)
{std::cout<<"打印"<<std::endl;std::string hello="hello, ";hello+=message;return hello;
}

4.UdpServer.hpp文件总代码

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "Log.hpp"using namespace LogModule;using func_t =std::function<std::string(const std::string&)>;const int defaultfd=-1;class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port,func_t func):_sockfd(defaultfd),_port(port),_isrunning(false),_func(func){}void Init(){_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"socket error";exit(1);}int opt = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));LOG(LogLevel::INFO)<<"socket success, sockfd:"<<_sockfd;struct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;int n=bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"bind error";exit(2);}LOG(LogLevel::INFO)<<"bind success,sockfd:"<<_sockfd;}void Start(){_isrunning=true;while(_isrunning){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);std::cout << "服务器开始接收数据: " << std::endl;ssize_t s=recvfrom(_sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(s>0){std::cout<<"进入判断"<<std::endl;int peer_port=ntohs(peer.sin_port);std::string peer_ip=inet_ntoa(peer.sin_addr);buffer[s]=0;std::cout << "buffer: " << buffer << std::endl;std::string result=_func(buffer);std::cout << "result: "  <<result << std::endl;sendto(_sockfd,result.c_str(),result.size(),0,(struct sockaddr*)&peer,len);}}}~UdpServer(){}
private:int _sockfd;uint16_t _port;bool _isrunning;func_t _func;};

5.实例实现

main要写命令行参数，要接收端口号，不用IP地址是因为前面设置0地址为IP地址，就不需要接收这个参数了，创建一个port接收传入的端口号，这里的uint_16是一个重定义的变量，设置日志类型向控状态打印信息，std::unique_ptr是一个智能指针，用于管理动态分布的对象，它所管理的对象只能有一个所有者，std::make_unique是C++14引入的一个工厂函数，用于简化unique_ptr的创建过程，会调用new操作符来分配空间，返回一个unique_ptr对象。创建对象执行，这里不是.而是->是因为这是一个智能指针，所以需要箭头调用函数。

#include <iostream>
#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"
#include <functional> 
std::string defaulthandler(const std::string& message)
{std::cout<<"打印"<<std::endl;std::string hello="hello, ";hello+=message;return hello;
}int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=2){std::cerr<<"Usage:"<<argv[0]<<" port"<<std::endl;return 1;}uint16_t port=std::stoi(argv[1]);Enable_Console_Log_Strategy();std::unique_ptr<UdpServer> usvr=std::make_unique<UdpServer>(port, defaulthandler);usvr->Init();usvr->Start();return 0;
}

6.客户端实现

客服端的话需要传入地址和端口号，创建套接字，以及sockaddr_in类型变量，初始化创建的sockaddr_in结构体的值，进入循环创建string类型的input，要发送的信息，调用getline函数从cin输入流中获取信息放到input中，调用sendto函数向服务端发送消息，套接字，以及发送内容以及大小，还有向谁发送信息，以及信息大小这些参数，然后就是创建buffer来接收消息，向服务端发送消息，服务端反馈后，客服端接收，接收到就打印出接收的消息。

为什么需要传递sizeof(server)

指定地址结构体的大小：addrlen参数用于告诉sendto函数目标地址结构体的大小。这对于底层网络库正确解析地址信息至关重要。

兼容性：sockaddr是一个通用的地址结构体，而sockaddr_in是专门用于IPv4的地址结构体。通过传递sizeof(server)，可以确保sendto函数知道它正在处理的是sockaddr_in结构体的大小。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){std::cerr<<"Usage:"<<argv[0]<<"server_ip server_port"<<std::endl;return 1;}std::string server_ip=argv[1];uint16_t server_port=std::stoi(argv[2]);int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd<0){std::cerr<<"socket error"<<std::endl;return 2;}struct sockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));server.sin_family=AF_INET;server.sin_port=htons(server_port);server.sin_addr.s_addr=inet_addr(server_ip.c_str());while(true){std::string input;std::cout<<"Please Enter#";std::getline(std::cin,input);std::cout << "客户端发送数据： " << input.c_str() << std::endl;ssize_t n=sendto(sockfd,input.c_str(),input.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));(void)n;char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);ssize_t m=recvfrom(sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(m>0){buffer[m]=0;std::cout<<buffer<<std::endl;}}return 0;
}

Makefile文件

.PHONY:all
all:udpclient udpserverudpclient:UdpClient.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17 
udpserver:UdpServer.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17.PHONY:clean
clean:rm -f udpclient udpserver