【linux网络编程】套接字编程API详细介绍

在C语言中，套接字（Socket）编程主要用于网络通信，尤其是在基于TCP/IP协议的应用程序开发中。常用的套接字编程API主要基于Berkeley Sockets（伯克利套接字）接口，这些函数通常在<sys/socket.h>和<netinet/in.h>头文件中定义。以下是对常见套接字API的详细讲解，包括函数功能、参数、返回值、涉及的结构体及其成员的含义。

1. socket()

功能

创建新的套接字。

函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数
  • domain: 指定通信协议族（协议域）。
    • 类型: int
    • 常见值:
      • AF_INET（IPv4协议）
      • AF_INET6（IPv6协议）
      • AF_UNIX（本地通信）
    • 含义: 定义套接字的地址格式和通信范围。
  • type: 指定套接字类型。
    • 类型: int
    • 常见值:
      • SOCK_STREAM（面向连接的TCP流）
      • SOCK_DGRAM（无连接的UDP数据报）
      • SOCK_RAW（原始套接字）
    • 含义: 定义通信的语义。
  • protocol: 指定具体协议。
    • 类型: int
    • 常见值:
      • 通常为0（表示由domain和type自动选择默认协议，如TCP或UDP）
      • 特殊值（如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP）用于显式指定协议。
    • 含义: 细化协议选择。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回套接字文件描述符（非负整数）。
    • 失败: 返回-1，并设置errno表示错误。
相关结构体

无直接结构体参数。

2. bind()

功能

将套接字绑定到特定的地址和端口。

函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数
  • sockfd: 要绑定的套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 由socket()创建的套接字。
  • addr: 指向地址结构体的指针。
    • 类型: const struct sockaddr *
    • 含义: 指定绑定的地址和端口。
  • addrlen: 地址结构体的大小。
    • 类型: socklen_t（通常是unsigned int）
    • 含义: addr指向的结构体长度。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回0。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体
  • struct sockaddr
    • 定义:
      struct sockaddr {sa_family_t sa_family;    // 地址族char        sa_data[14];  // 地址数据（具体含义依赖地址族）
};
    • 成员:
      • sa_family: 地址族（如AF_INET）。
        • 类型: sa_family_t（通常是unsigned short）
        • 含义: 指定地址类型。
      • sa_data: 地址数据的字节数组。
        • 类型: char[14]
        • 含义: 存储具体地址信息，但通常不直接使用。
  • 实际常用: struct sockaddr_in（针对IPv4）
    • 定义:
      struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; // 地址族in_port_t      sin_port;   // 端口号struct in_addr sin_addr;   // IP地址unsigned char  sin_zero[8]; // 填充字节
};
    • 成员:
      • sin_family: 地址族。
        • 类型: sa_family_t
        • 含义: 通常为AF_INET。
      • sin_port: 端口号。
        • 类型: in_port_t（通常是uint16_t）
        • 含义: 网络字节序的端口号（如htons(8080)）。
      • sin_addr: IP地址。
        • 类型: struct in_addr
        • 定义:
          struct in_addr {in_addr_t s_addr; // IPv4地址（32位）
};
        • 成员:
          • s_addr: IPv4地址。
            • 类型: in_addr_t（通常是uint32_t）
            • 含义: 网络字节序的IP地址（如inet_addr("127.0.0.1")）。
      • sin_zero: 填充字节。
        • 类型: unsigned char[8]
        • 含义: 用于对齐，通常置为0。

3. listen()

功能

将套接字设置为监听状态，用于接受客户端连接（仅限TCP）。

函数原型
int listen(int sockfd, int backlog);
参数
  • sockfd: 要监听的套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 已绑定的服务器套接字。
  • backlog: 等待连接队列的最大长度。
    • 类型: int
    • 含义: 指定未完成连接的最大排队数（如5或10）。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回0。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体

无直接结构体参数。

4. accept()

功能

接受客户端连接请求，返回新的套接字用于通信（仅限TCP）。

函数原型
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数
  • sockfd: 监听的套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 已调用listen()的服务器套接字。
  • addr: 客户端地址信息。
    • 类型: struct sockaddr *
    • 含义: 用于存储连接的客户端地址（通常转换为struct sockaddr_in）。
  • addrlen: 地址结构体的长度。
    • 类型: socklen_t *
    • 含义: 传入时为addr的大小，函数返回时为实际地址长度。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回新的套接字文件描述符，用于与客户端通信。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体
  • 同bind()中的struct sockaddr和struct sockaddr_in。

5. connect()

功能

发起与服务器的连接（用于客户端）。

函数原型
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数
  • sockfd: 客户端套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 由socket()创建的套接字。
  • addr: 目标服务器地址。
    • 类型: const struct sockaddr *
    • 含义: 指定服务器的地址和端口。
  • addrlen: 地址结构体的长度。
    • 类型: socklen_t
    • 含义: addr的大小。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回0。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体
  • 同bind()中的struct sockaddr和struct sockaddr_in。

6. send() 和 recv()

功能
  • send(): 发送数据。
  • recv(): 接收数据。
函数原型
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);
参数
  • sockfd: 套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 已连接的套接字。
  • buf: 数据缓冲区。
    • 类型: const void *（send）或void *（recv）
    • 含义: 发送或接收的数据存储位置。
  • len: 数据长度。
    • 类型: size_t
    • 含义: 要发送或接收的字节数。
  • flags: 操作标志。
    • 类型: int
    • 常见值:
      • 0（默认行为）
      • MSG_DONTWAIT（非阻塞）
    • 含义: 修改发送/接收行为。
返回值
  • 类型: ssize_t
  • 含义:
    • 成功: 返回实际发送/接收的字节数。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体

无直接结构体参数。

7. close()

功能

关闭套接字。

函数原型
int close(int sockfd);
参数
  • sockfd: 要关闭的套接字文件描述符。
    • 类型: int
    • 含义: 由socket()或accept()返回的描述符。
返回值
  • 类型: int
  • 含义:
    • 成功: 返回0。
    • 失败: 返回-1，并设置errno。
相关结构体

无直接结构体参数。

总结

以下是常用套接字API的快速参考表：

函数功能返回值类型主要结构体
socket()创建套接字int无
bind()绑定地址intsockaddr, sockaddr_in
listen()开始监听int无
accept()接受连接intsockaddr, sockaddr_in
connect()发起连接intsockaddr, sockaddr_in
send()发送数据ssize_t无
recv()接收数据ssize_t无
close()关闭套接字int无

这些API是C语言网络编程的核心，配合结构体（如struct sockaddr_in）使用，可以实现基本的客户端-服务器通信。需要注意网络字节序（htons, ntohs, htonl, ntohl）和错误处理（errno）的使用。

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