【探索Linux】—— 强大的命令行工具 P.26（网络编程套接字基本概念—— socket编程接口 | socket编程接口相关函数详细介绍 ）

引言

本文将深入探讨使用套接字进行网络通信的基本步骤，包括创建套接字、绑定地址、监听连接（对于服务器端）、连接远程主机（对于客户端）、以及发送和接收数据等操作。套接字编程涉及一系列系统调用和函数，如 socket()、bind()、listen()、connect()、send()、recv() 等。开发人员可以利用这些接口实现各种网络应用。通过本文，读者将了解如何使用套接字进行网络通信，并掌握关键步骤和函数调用，为构建网络应用打下坚实基础。

一、socket 常见API表

二、函数详细介绍

01. socket()

• 头文件：#include

• 函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);

• 参数类型：

  • domain：协议族（如AF_INET、AF_INET6等）
  • type：套接字类型（如SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM等）
  • protocol：具体使用的协议（如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等）

• 应用示例：

  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
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02. bind()

• 头文件：#include

• 函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • addr：指向要绑定的地址结构的指针
  • addrlen：地址结构的长度

• 应用示例：

  struct sockaddr_in server_address;
  server_address.sin_family = AF_INET;
  server_address.sin_port = htons(12345);
  server_address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
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03. listen()

• 头文件：#include

• 函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • backlog：未完成连接队列的最大长度

• 应用示例：

  listen(sockfd, 5);
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04. accept()

• 头文件：#include

• 函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • addr：指向结构体的指针，用于存储客户端地址信息
  • addrlen：地址结构的长度

• 应用示例：

  int client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);
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05. connect()

• 头文件：#include

• 函数原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • addr：指向要连接的目标地址结构的指针
  • addrlen：地址结构的长度

• 应用示例：

  connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
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06. send()

• 头文件：#include

• 函数原型：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • buf：指向待发送数据的指针
  • len：待发送数据的长度
  • flags：传输控制标志

• 应用示例：

  char *message = "Hello, server!";
  send(sockfd, message, strlen(message), 0);
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07. recv()

• 头文件：#include

• 函数原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • buf：指向存储接收数据的缓冲区
  • len：接收数据的最大长度
  • flags：接收操作的附加选项

• 应用示例：

  char buffer[1024];
  ssize_t bytes_received = recv(sockfd, buffer, 1024, 0);
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08. close()

• 头文件：#include

• 函数原型：int close(int sockfd);

• 参数类型：

  • sockfd：要关闭的套接字描述符

• 应用示例：

  close(sockfd);
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09. select()

• 头文件：#include

• 函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

• 参数类型：

  • nfds：所有文件描述符的范围（最大文件描述符+1）
  • readfds：可读文件描述符集合
  • writefds：可写文件描述符集合
  • exceptfds：异常文件描述符集合
  • timeout：超时时间

• 应用示例：

  fd_set readfds;
  FD_ZERO(&readfds);
  FD_SET(sockfd, &readfds);
  int activity = select(sockfd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
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10. getaddrinfo()

• 头文件：#include
  #include
  #include

• 函数原型：int getaddrinfo(const char *node, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);

• 参数类型：

  • node：主机名或IP地址字符串
  • service：服务名或端口号字符串
  • hints：指向地址信息结构的指针，用于设置期望的返回结果
  • res：指向存储结果的链表的指针

• 应用示例：

  struct addrinfo hints, *res;
  memset(&hints, 0, sizeof(hints));
  hints.ai_family = AF_UNSPEC;
  hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
  getaddrinfo("www.example.com", "http", &hints, &res);
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11. sendto()

• 头文件：#include

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

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • buf：指向待发送数据的指针
  • len：待发送数据的长度
  • flags：传输控制标志
  • dest_addr：目标地址结构
  • addrlen：目标地址结构的长度

• 应用示例：

  char *message = "Hello, server!";
  sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));
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12. recvfrom()

• 头文件：#include

• 函数原型：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • buf：指向存储接收数据的缓冲区
  • len：接收数据的最大长度
  • flags：接收操作的附加选项
  • src_addr：发送方地址结构
  • addrlen：发送方地址结构的长度

• 应用示例：

  char buffer[1024];
  struct sockaddr_in client_address;
  socklen_t addr_len = sizeof(client_address);
  ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);
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13. setsockopt()

• 头文件：#include

• 函数原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • level：选项所在的协议层
  • optname：选项名
  • optval：指向设置选项值的指针
  • optlen：选项值的长度

• 应用示例：

  int reuse = 1;
  setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));
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14. getsockopt()

• 头文件：#include

• 函数原型：int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • level：选项所在的协议层
  • optname：选项名
  • optval：指向存储选项值的缓冲区
  • optlen：输入时为缓冲区大小，输出时为实际选项值的长度

• 应用示例：

  int buffer_size;
  socklen_t optlen = sizeof(buffer_size);
  getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffer_size, &optlen);
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15. shutdown()

• 头文件：#include

• 函数原型：int shutdown(int sockfd, int how);

• 参数类型：

  • sockfd：套接字描述符
  • how：关闭连接的方式，常用的取值为：
    • SHUT_RD：关闭读端
    • SHUT_WR：关闭写端
    • SHUT_RDWR：同时关闭读写端

• 应用示例：

  shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);
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16. inet_pton()

• 头文件：#include

• 函数原型：int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

• 参数类型：

  • af：地址族，如AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）
  • src：待转换的点分十进制字符串形式的地址
  • dst：存储转换后的二进制格式地址的缓冲区

• 应用示例：

  struct sockaddr_in server_address;
  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(server_address.sin_addr));
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17. htons() / htonl() / ntohs() / ntohl()

这些函数用于主机字节序和网络字节序之间的转换，分别用于16位和32位整数的主机到网络字节序以及网络到主机字节序的转换。

• 头文件：#include

• 函数原型：

  • uint16_t htons(uint16_t hostshort);
  • uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
  • uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
  • uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

这些函数在实际网络编程中经常用于端口号和IP地址等数据的转换。

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