C++网络编程 4.UDP套接字（socket）编程示例程序

以下是基于UDP协议的完整客户端和服务器代码。UDP与TCP的核心区别在于无连接特性，因此代码结构会更简单（无需监听和接受连接）。

UDP服务器代码（udp_server.cpp）

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

int main() {
    // 1. 创建UDP套接字（SOCK_DGRAM表示UDP）
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        std::cerr << "Failed to create socket" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 2. 绑定IP和端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 监听所有IP
    server_addr.sin_port = htons(9888);  // UDP端口

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        std::cerr << "Failed to bind socket" << std::endl;
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    std::cout << "UDP Server started, listening on port 9888..." << std::endl;

    // 3. 接收客户端数据并回复
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);

    while (true) {  // 循环接收多个客户端消息
        // 接收客户端数据（自动获取客户端地址）
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        int recv_len = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, 
                              (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
        if (recv_len == -1) {
            std::cerr << "Failed to receive data" << std::endl;
            continue;  // 继续接收其他客户端消息
        }

        // 打印客户端信息和消息
        char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, INET_ADDRSTRLEN);
        std::cout << "Received from " << client_ip << ":" 
                  << ntohs(client_addr.sin_port) << ": " << buffer << std::endl;

        // 回复客户端
        std::string response = "Hello, client! I got your message: " + std::string(buffer);
        sendto(sockfd, response.c_str(), response.size(), 0, 
              (struct sockaddr*)&client_addr, client_addr_len);
    }

    // 4. 关闭套接字（实际不会执行到这里，需按Ctrl+C终止）
    close(sockfd);
    return 0;
}

UDP客户端代码（udp_client.cpp）

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 创建UDP套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        std::cerr << "Failed to create socket" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 2. 设置服务器地址
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(9888);  // 服务器端口
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr);  // 服务器IP

    // 3. 发送消息并接收回复
    string message = "Hello, UDP server!";
    sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, 
          (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

    // 接收服务器回复
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in server_response_addr;
    socklen_t server_addr_len = sizeof(server_response_addr);

    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    int recv_len = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, 
                          (struct sockaddr*)&server_response_addr, &server_addr_len);
    if (recv_len == -1) {
        std::cerr << "Failed to receive response" << std::endl;
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    cout << "Received from server: " << buffer << endl;

    // 4. 关闭套接字
    close(sockfd);
    return 0;
}

核心差异对比（TCP vs UDP）

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（三次握手/四次挥手）	无连接（直接发送）
套接字类型	SOCK_STREAM	SOCK_DGRAM
核心API	bind→listen→accept→connect	bind（仅服务器需要）
数据传输函数	read/write 或 send/recv	sendto/recvfrom
可靠性	可靠（自动重传、按序到达）	不可靠（可能丢包、乱序）
通信流程	先建立连接，再固定双方通信	每次发送需指定目标地址

UDP编程关键点说明

1. 无连接特性：

   • 服务器无需 listen() 和 accept()，直接接收数据；
   • 客户端无需 connect()，直接向服务器地址发送数据。

2. 核心函数 sendto() 和 recvfrom()：

   // 发送数据到指定地址
   ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                 const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
   
   // 从指定地址接收数据（自动获取发送方地址）
   ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                   struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

   • 每次发送/接收都需指定对方地址（struct sockaddr*），因此UDP可与多个不同目标通信（无固定连接）。

3. UDP服务器的多客户端处理：

   • 单个套接字可处理多个客户端（通过 recvfrom() 获取客户端地址，sendto() 回复特定客户端）；
   • 无需为每个客户端创建新套接字（与TCP不同）。

4. 数据边界：

   • UDP是"数据报"协议，发送的数据有明确边界（发送几次就接收几次，不会粘包）；
   • 接收缓冲区需足够大，否则会导致数据截断（如发送1000字节，但缓冲区只有512字节，则仅接收前512字节）。

编译和运行步骤

1. 编译程序：

   g++ udp_server.cpp -o udp_server
   g++ udp_client.cpp -o udp_client

2. 启动服务器：

   ./udp_server
   # 输出：UDP Server started, listening on port 9888...

3. 启动客户端（新终端）：

   ./udp_client
   # 输出：Received from server: Hello, client! I got your message: Hello, UDP server!

4. 服务器端会显示：

   Received from 127.0.0.1:xxxx: Hello, UDP server!

   （xxxx 是客户端随机分配的端口号）

适用场景

• UDP：适合实时性要求高、允许少量丢包的场景（如视频/语音通话、游戏、实时监控）。
• TCP：适合可靠性要求高、数据完整性重要的场景（如文件传输、网页浏览、邮件）。