TCP编程核心API

socket()函数

创建通信端点

函数原型

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

参数

参数	类型	说明	常用取值
domain	int	协议族/地址族	`AF_INET`(IPv4), `AF_INET6`(IPv6), `AF_UNIX`(本地)
type	int	套接字类型	`SOCK_STREAM`(TCP), `SOCK_DGRAM`(UDP)
protocol	int	具体协议	通常填0，系统自动选择

返回值与错误处理

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int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
    perror("socket创建失败");
    // 常见错误：
    // EACCES - 权限不足（如创建原始套接字需要root权限）
    // EAFNOSUPPORT - 不支持的地址族
    // ENFILE/EMFILE - 文件描述符耗尽（嵌入式系统常见）
    exit(EXIT_FAILURE);
}

bind()函数

绑定地址与端口

函数原型

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

参数

参数	说明	注意事项
sockfd	socket()返回的文件描述符	必须是未绑定的socket
addr	地址结构体指针	需要转换为`struct sockaddr *`
addrlen	地址结构体长度	`sizeof(struct sockaddr_in)`

地址结构快速初始化

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#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

struct sockaddr_in server_addr;

// 清空结构体（重要！避免脏数据）
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));

// 设置地址族
server_addr.sin_family = AF_INET;  // IPv4

// 设置端口（必须转换为网络字节序）
server_addr.sin_port = htons(8080);

// 设置IP地址（三种方式）
// 方式1：绑定到所有网络接口（服务器常用）
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

// 方式2：绑定到指定IP（字符串转网络字节序）
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &server_addr.sin_addr);

// 方式3：绑定到指定IP（数值转网络字节序）
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");

// 执行绑定
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
    perror("bind失败");
    // 常见错误：
    // EADDRINUSE - 地址已被使用（端口被占用）
    // EACCES - 权限不足（绑定1024以下端口需要root）
    // EINVAL - socket已绑定
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

地址重用优化

解决"Address already in use"问题

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// 开发调试时常用，允许快速重启服务器
int reuse = 1;
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0) {
    perror("setsockopt SO_REUSEADDR");
}

// 嵌入式设备中还可设置地址重用超时
struct timeval timeout = {1, 0}; // 1秒
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &timeout, sizeof(timeout));

listen()函数

监听连接请求

函数原型

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

参数详解

参数	说明	取值范围	建议值
sockfd	已绑定的socket文件描述符	-	-
backlog	连接请求队列的最大长度	1~SOMAXCONN	嵌入式：5-20 服务器：128+

backlog

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已完成三次握手队列（ESTABLISHED）
      │
      ▼     等待accept()处理的连接
┌─────────┐
│ 连接1   │ ← 客户端已完成握手，等待accept()
├─────────┤
│ 连接2   │
├─────────┤
│ 连接3   │
├─────────┤
│   ...   │
├─────────┤
│ 连接N   │  N = backlog
└─────────┘
      ▲
      │
半连接队列（SYN_RCVD）

示例

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// 设置监听队列大小
#define BACKLOG 10  // 嵌入式设备可设为较小值

if (listen(sockfd, BACKLOG) < 0) {
    perror("listen失败");
    // 常见错误：
    // EBADF - 无效的文件描述符
    // ENOTSOCK - 不是socket文件描述符
    // EOPNOTSUPP - socket不支持listen操作
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

printf("服务器开始监听端口 %d...\n", port);

accept()函数

接受客户端连接

函数原型

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

参数

参数	说明	输入/输出
sockfd	监听socket的文件描述符	输入
addr	客户端地址信息结构体	输出（可设为NULL）
addrlen	地址结构体长度	输入输出（需初始化）

示例

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struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);
int client_fd;

// 阻塞等待客户端连接（常用模式）
client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);
if (client_fd < 0) {
    perror("accept失败");
    // 常见错误：
    // EBADF/EINVAL - 无效参数
    // ECONNABORTED - 连接已中止
    // EWOULDBLOCK - 非阻塞模式无连接
    return -1;
}

// 获取客户端信息
char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, sizeof(client_ip));
int client_port = ntohs(client_addr.sin_port);
printf("接受来自 %s:%d 的连接\n", client_ip, client_port);

非阻塞模式下的accept()

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// 设置监听socket为非阻塞
fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

// 非阻塞accept循环
while (1) {
    client_fd = accept(sockfd, NULL, NULL);
    if (client_fd < 0) {
        if (errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN) {
            // 没有新连接，继续等待
            usleep(100000); // 休眠100ms
            continue;
        } else {
            // 真正的错误
            perror("accept错误");
            break;
        }
    }
    
    // 处理新连接
    handle_client(client_fd);
}

connect()函数

函数原型

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

示例

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// 客户端连接示例
struct sockaddr_in server_addr;

// 清空并初始化地址结构
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);  // 服务器端口

// 设置服务器地址（从命令行参数获取）
if (argc > 1) {
    inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
} else {
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr);
}

// 发起连接
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
    perror("连接服务器失败");
    // 常见错误：
    // ECONNREFUSED - 连接被拒绝（服务器未启动）
    // ETIMEDOUT - 连接超时
    // ENETUNREACH - 网络不可达
    close(sockfd);
    return -1;
}

printf("成功连接到服务器\n");

连接超时设置

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#include <sys/time.h>

// 设置socket发送超时
struct timeval timeout = {5, 0};  // 5秒超时
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));

// 设置连接超时（非标准，但常用技巧）
// 方法1：使用非阻塞connect + select
fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

fd_set writefds;
FD_ZERO(&writefds);
FD_SET(sockfd, &writefds);
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;

int ret = select(sockfd + 1, NULL, &writefds, NULL, &timeout);
if (ret <= 0) {
    // 超时或错误
    close(sockfd);
    return -1;
}

数据传输函数

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#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>

// 通用文件I/O（可用于socket）
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

// 专用socket I/O（提供更多控制）
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

函数类型	函数原型	特点	适用场景
通用I/O	`ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)`	通用文件操作，可用于socket	简单数据传输
通用I/O	`ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)`	通用文件操作，可用于socket	简单数据传输
Socket专用	`ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)`	提供更多控制选项	需要特殊处理的socket通信
Socket专用	`ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)`	提供更多控制选项	需要特殊处理的socket通信
UDP专用	`ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf, size_t len, int flags, struct sockaddr src_addr, socklen_t *addrlen)`	获取发送方地址	UDP通信
UDP专用	`ssize_t sendto(int sockfd, const void buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr dest_addr, socklen_t addrlen)`	指定接收方地址	UDP通信

send()/recv()函数

函数原型

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#include <sys/socket.h>

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

参数	类型	说明
sockfd	int	socket文件描述符
buf	void*	数据缓冲区指针
len	size_t	缓冲区长度
flags	int	控制标志位（按位或组合）

flags常用选项

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// 常用flags标志位定义
#define MSG_PEEK      0x01    // 窥视数据但不从缓冲区移除
#define MSG_OOB       0x02    // 处理带外数据（紧急数据）
#define MSG_WAITALL   0x04    // 等待接收所有请求的数据
#define MSG_DONTWAIT  0x08    // 非阻塞操作
#define MSG_NOSIGNAL  0x10    // 发送失败时不产生SIGPIPE信号
#define MSG_MORE      0x20    // 有更多数据要发送（TCP_CORK相关）