【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	int	sockaddr, sockaddr_in
listen()	开始监听	int	无
accept()	接受连接	int	sockaddr, sockaddr_in
connect()	发起连接	int	sockaddr, 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。