Linux网络编程_常见API

下面我给你逐行详细拆解 这 5 个 socket 核心 API，讲清它们的作用、参数含义、返回值、使用场景和关键细节，帮你彻底搞懂 TCP 网络编程的核心流程。

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1. socket() ------ 创建套接字（客户端 + 服务器都要用）

作用

创建一个套接字文件描述符 （相当于网络通信的 "句柄"），是网络编程的第一步 。它定义了通信的地址族、套接字类型、协议类型。

函数原型

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

参数详解

参数	含义	常用取值
domain	地址族（通信域），决定用哪种网络协议	AF_INET：IPv4 网络AF_INET6：IPv6 网络AF_UNIX：本地进程间通信（Unix 域）
type	套接字类型，决定通信的特性	SOCK_STREAM：TCP（面向连接、可靠、字节流）SOCK_DGRAM：UDP（无连接、不可靠、数据报）SOCK_RAW：原始套接字（直接操作 IP 层）
protocol	具体协议，一般填 0 让系统自动匹配	0：自动匹配（TCP 对应 IPPROTO_TCP，UDP 对应 IPPROTO_UDP）IPPROTO_TCP：显式指定 TCPIPPROTO_UDP：显式指定 UDP

返回值

• 成功：返回非负整数 （套接字文件描述符 sockfd）
• 失败：返回 -1，可通过 perror() 打印错误信息

关键要点

• 客户端和服务器都必须先调用 socket() ，拿到 sockfd 才能进行后续操作。
• SOCK_STREAM 对应 TCP，SOCK_DGRAM 对应 UDP，这是最常用的两种类型。

示例

// 创建 IPv4 的 TCP 套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
    perror("socket failed");
    exit(1);
}

2. bind() ------ 绑定地址（服务器端专用）

作用

将套接字 sockfd 与一个具体的 IP 地址 + 端口号 绑定，让客户端能通过这个地址找到服务器。客户端一般不需要 bind()（系统会自动分配临时端口）。

函数原型

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

参数详解

参数	含义	关键说明
socket	要绑定的套接字 sockfd	即 socket() 返回的文件描述符
address	指向地址结构体的指针	通用结构体 struct sockaddr，实际用 struct sockaddr_in（IPv4），需强制转换
address_len	地址结构体的长度	填 sizeof(struct sockaddr_in)

关键细节（必看）

1. 地址结构体 struct sockaddr_in（IPv4 专用）

   struct sockaddr_in {
       sa_family_t    sin_family;   // 地址族，必须填 AF_INET
       in_port_t      sin_port;     // 端口号，需用 htons() 转网络字节序
       struct in_addr sin_addr;     // IP 地址
       char           sin_zero[8];  // 填充位，全填 0
   };

   • sin_port：端口号，必须用 htons() 转换（主机字节序 → 网络字节序，大端序）。
   • sin_addr.s_addr：IP 地址，常用 INADDR_ANY（监听本机所有网卡的 IP，如 127.0.0.1、局域网 IP 等）。

2. 网络字节序转换

   • 端口 / IP 必须转网络字节序：htons()（端口）、htonl()（IP）
   • 接收时转主机字节序：ntohs()（端口）、ntohl()（IP）

返回值

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1（常见错误：端口被占用、权限不足）

示例

struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  // 清空结构体
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(8080);          // 绑定 8080 端口，转网络字节序
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    // 监听所有网卡

// 绑定套接字
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
    perror("bind failed");
    exit(1);
}

3. listen() ------ 开启监听（TCP 服务器专用）

作用

将 bind() 后的套接字从 "主动套接字" 转为 "被动监听套接字" ，让服务器开始等待客户端的连接请求。UDP 不需要 listen()（无连接，无需监听）。

函数原型

int listen(int socket, int backlog);

参数详解

参数	含义	说明
socket	监听的套接字 sockfd	即 bind() 后的套接字
backlog	等待连接的队列长度	指全连接队列 的最大长度（已完成三次握手、等待 accept() 的连接数），不同系统有上限（如 Linux 一般最大 128）

返回值

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1

关键要点

• 仅 TCP 服务器需要调用，调用后套接字进入监听状态。
• backlog 不是 "最大连接数"，而是 "等待被接受的连接数"，实际最大连接数受系统资源限制。

示例

// 开启监听，队列长度 5
if (listen(sockfd, 5) == -1) {
    perror("listen failed");
    exit(1);
}

4. accept() ------ 接受连接（TCP 服务器专用）

作用

从监听队列中取出一个客户端连接 ，并创建一个新的套接字 （用于和该客户端单独通信）。原监听套接字继续保持监听状态，可接受其他客户端。UDP 不需要 accept()（无连接，无需建立连接）。

函数原型

int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

参数详解

参数	含义	关键说明
socket	监听套接字 sockfd	即 listen() 后的套接字
address	输出参数	用于存储客户端的地址信息 （IP + 端口），不需要可填 NULL
address_len	输入输出参数	传入时填 address 结构体的长度，返回时填实际长度，不需要可填 NULL

返回值

• 成功：返回新的连接套接字 connfd（专门用于和该客户端通信）
• 失败：返回 -1

关键要点

• accept() 是阻塞函数：若无客户端连接，会一直阻塞，直到有连接到来。
• 新的 connfd 是独立的套接字 ，服务器通过它和客户端收发数据，原 sockfd 继续监听。
• 多客户端场景：服务器需循环调用 accept()，或用多线程 / IO 多路复用（select/poll/epoll）处理。

示例

struct sockaddr_in cli_addr;
socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);

// 接受客户端连接，阻塞等待
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &cli_len);
if (connfd == -1) {
    perror("accept failed");
    exit(1);
}

// 打印客户端 IP 和端口
printf("client connected: %s:%d\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr), ntohs(cli_addr.sin_port));

5. connect() ------ 建立连接（TCP 客户端专用）

作用

客户端主动向服务器发起连接请求 ，完成 TCP 三次握手，建立可靠连接。UDP 不需要 connect() （无连接，可直接 sendto()/recvfrom() 通信）。

函数原型

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

参数详解

参数	含义	说明
sockfd	客户端的套接字 sockfd	即客户端 socket() 创建的套接字
addr	服务器的地址结构体	需填服务器的 IP + 端口，同样用 struct sockaddr_in，强制转换为 struct sockaddr*
addrlen	地址结构体的长度	填 sizeof(struct sockaddr_in)

返回值

• 成功：返回 0（连接建立完成）
• 失败：返回 -1（常见错误：服务器未启动、IP / 端口错误、网络不通）

关键要点

• 仅 TCP 客户端需要调用，调用后客户端和服务器的连接就建立了。
• 客户端无需 bind()，系统会自动分配临时端口。
• connect() 也是阻塞函数，直到连接成功或失败。

示例

struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(8080);          // 服务器端口
// 服务器 IP，这里用 127.0.0.1（本地回环）
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
    perror("inet_pton failed");
    exit(1);
}

// 连接服务器
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
    perror("connect failed");
    exit(1);
}

总结：TCP 客户端 / 服务器的完整流程

服务器端（TCP）

1. socket() → 创建监听套接字
2. bind() → 绑定 IP + 端口
3. listen() → 开启监听
4. accept() → 接受客户端连接，得到通信套接字
5. read()/write()（或 recv()/send()）→ 和客户端通信
6. close() → 关闭套接字

客户端（TCP）

1. socket() → 创建客户端套接字
2. connect() → 连接服务器
3. read()/write()（或 recv()/send()）→ 和服务器通信
4. close() → 关闭套接字

UDP 简化流程（无连接）

• 服务器：socket() → bind() → recvfrom()/sendto()
• 客户端：socket() → sendto()/recvfrom()（无需 connect()）