Socket 编程

[Socket 是什么？它是如何诞生的？](#Socket 是什么？它是如何诞生的？)
[Socket API 详解](#Socket API 详解)
- [socket() --- 创建套接字](#socket() — 创建套接字)
  - [domain（协议族 / 地址族）](#domain（协议族 / 地址族）)
  - type（套接字类型）
  - protocol（协议类型）
  - 返回值
- [bind() --- 绑定地址与端口](#bind() — 绑定地址与端口)
  - 参数详解
  - 返回值
- [listen() --- 开始监听](#listen() — 开始监听)
  - 参数详解
  - 返回值
- [accept() --- 接受连接](#accept() — 接受连接)
  - 参数详解
  - 返回值
- [connect() --- 发起连接](#connect() — 发起连接)
  - 参数详解
  - 返回值
- [send() --- 发送数据](#send() — 发送数据)
  - 参数详解
  - 返回值（必须严格判断）
- [recv() --- 接收数据](#recv() — 接收数据)
  - 参数详解
  - 返回值（极其重要，必须判断）
- [close() --- 关闭连接](#close() — 关闭连接)

Socket 是什么？它是如何诞生的？

在现代网络编程中，Socket（套接字） 是一个核心概念。要理解 Socket，我们需要从操作系统内核说起。

操作系统的内核协议栈（如 Linux 内核中的 TCP/IP 模块） 是 UDP/TCP 规则的真正落地执行者 ------ 它通过成千上万行 C 语言代码将滑动窗口、拥塞控制等算法实体化。

为了方便用户态程序安全地触发这些内核功能，操作系统封装出了 Socket（套接字）编程接口（API）。简单来说，Socket 就是应用程序与网络协议栈之间的「桥梁」，让程序员能够以文件描述符的形式操作网络连接。

Socket API 详解

在 Linux 系统中，使用 Socket 编程需要包含以下头文件：

c 复制代码

#include <sys/socket.h>

下面将逐一介绍 Socket API 中最核心的函数。

socket() --- 创建套接字

socket() 函数用于创建一个新的套接字，无论是服务端还是客户端都需要调用此函数。

c 复制代码

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

domain（协议族 / 地址族）

常量	含义
`AF_INET`	IPv4 互联网协议族（最常用），地址为 32 位，如 `192.168.1.1`。
`AF_INET6`	IPv6 互联网协议族，地址为 128 位。

这两个是实际开发中最常用的选项，记住即可。

type（套接字类型）

常量	含义	典型协议
`SOCK_STREAM`	流式套接字，面向连接、可靠、有序的字节流传输。	TCP
`SOCK_DGRAM`	数据报套接字，无连接、不可靠、固定最大长度的报文传输。	UDP

这两个是实际开发中最常用的选项，记住即可。

💡 Linux 特有标志（可选）：

从 Linux 2.6.27 开始，type 参数可以与以下标志按位或（|）组合使用：

SOCK_NONBLOCK ：创建非阻塞套接字，省去后续 fcntl() 调用。
SOCK_CLOEXEC ：设置 FD_CLOEXEC 标志，在执行 exec() 时自动关闭该套接字。

protocol（协议类型）

通常情况下，给定 domain 和 type 后只有一种协议支持，此时填 0 即可，系统会自动选择默认协议。

返回值

结果	返回值	说明
成功	非负整数	套接字文件描述符（`sockfd`）。
失败	`-1`	设置全局变量 `errno` 以指示具体错误原因。

bind() --- 绑定地址与端口

bind() 函数将套接字文件描述符绑定到指定的 IP 地址和端口上，为服务端的后续操作做准备。

c 复制代码

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

参数详解

sockfd ：socket() 函数返回的文件描述符。
addr ：指向协议地址结构的指针。这是一个通用指针类型 struct sockaddr * ，实际上需要传入具体协议族对应的地址结构体，并在使用时强制转换为 (struct sockaddr *)。

协议族	实际使用的结构体	关键成员赋值
IPv4	`struct sockaddr_in`	`sin_family = AF_INET;` `sin_port = htons(端口);` `sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;` 或 `inet_addr("IP")`
IPv6	`struct sockaddr_in6`	`sin6_family = AF_INET6;` `sin6_port = htons(端口);` `sin6_addr = in6addr_any;`

INADDR_ANY 表示监听所有网络接口，无论客户端连接哪个 IP（内网或公网），服务器都能接收到，一般推荐使用。

addrlen ：地址结构体的大小，通常使用 sizeof 获取即可。

返回值

结果	返回值	说明
成功	`0`	绑定成功。
失败	`-1`	设置全局变量 `errno` 以指示错误原因。

listen() --- 开始监听

listen() 函数将套接字设置为被动监听状态，准备接受客户端的连接请求。

c 复制代码

int listen(int sockfd, int backlog);

参数详解

sockfd ：socket() 函数返回并已 bind() 的文件描述符。
backlog （等待队列的最大长度）：当服务器忙于处理现有连接时，新客户端发起的 connect() 请求不会被丢弃，而是会在这个队列里排队等待 accept() 处理。

不要设得太大（浪费内存），也不要太小（高并发下客户端会连接失败）。一般情况下设置为 1024 即可。

返回值

结果	返回值	说明
成功	`0`	进入监听状态。
失败	`-1`	设置全局变量 `errno`。

accept() --- 接受连接

accept() 函数从已完成连接的队列中取出一个客户端连接，返回一个专门用于与该客户端通信的新套接字。

c 复制代码

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

参数详解

sockfd ：已调用 listen() 的监听套接字。
addr （输出参数 ）：传入一个 struct sockaddr_in（IPv4）或 struct sockaddr_in6（IPv6）结构体的指针，用于存放发起连接请求的客户端 IP 地址和端口号。如果不关心客户端地址信息，可以直接填 NULL。
addrlen ：这是一个值-结果 参数，⚠️ 极其重要，容易出错 ！
- 传入时 ：必须初始化为 addr 结构体的大小（如 sizeof(struct sockaddr_in)）。
- 返回时：系统会修改此值为客户端地址的实际大小。

返回值

结果	返回值	说明
成功	新的非负整数文件描述符	连接套接字，专门用于和该客户端通信。
失败	`-1`	设置全局变量 `errno`。

connect() --- 发起连接

connect() 函数用于客户端向服务器发起连接请求（完成 TCP 三次握手）。

c 复制代码

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

参数详解

sockfd ：socket() 函数返回的客户端套接字描述符（主动套接字）。
addr ：指向目标服务器的协议地址结构体（如 struct sockaddr_in），包含服务器的 IP 地址 和端口号 。使用时需要强制转换为 (struct sockaddr *)。
addrlen ：地址结构体的大小，即 sizeof(结构体)。

返回值

结果	返回值	说明
成功	`0`	三次握手已成功完成。
失败	`-1`	设置全局变量 `errno`。

send() --- 发送数据

send() 函数用于通过已连接的套接字发送数据。

c 复制代码

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

参数详解

sockfd ：通常指 connect()（客户端）或 accept()（服务端）返回的已连接套接字。
buf：指向存放待发送数据的内存区域指针（通常是字符数组）。
len：要发送的数据长度（字节数）。
flags ：控制发送行为，大多数情况下填 0 即可（默认阻塞模式）。在高并发场景下可填 MSG_DONTWAIT 实现非阻塞发送，也可以使用 fcntl() 修改套接字为非阻塞模式。

返回值（必须严格判断）

返回值	含义	后续操作
`> 0`	成功发送了 `n` 个字节。注意：`n` 可能小于 `len`（部分发送）。	需要循环调用，将剩余数据继续发送。
`== 0`	（极少见）没有发送任何数据，通常表示连接已关闭。	关闭套接字。
`-1`	发生错误。查看 `errno`。	根据错误码重试或报错。

recv() --- 接收数据

recv() 函数用于从已连接的套接字接收数据。

c 复制代码

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

参数详解

sockfd ：通常指 accept() 返回的连接套接字 （conn_fd），用于与特定客户端通信。
buf：指向存放接收数据的内存区域指针（通常是字符数组）。
len：缓冲区最多能容纳的字节数。
flags ：控制接收行为，大多数情况下填 0 即可（默认阻塞模式）。在高并发场景下可填 MSG_DONTWAIT 实现非阻塞接收，也可以使用 fcntl() 修改套接字为非阻塞模式。

返回值（极其重要，必须判断）

返回值类型是 ssize_t（有符号整型），三种情况：

返回值	含义	后续操作
`> 0`	成功读取到 `n` 个字节。注意：`n` 可能小于 `len`（剩余数据还在路上）。	处理这 `n` 个字节，继续循环读取直到收完整条消息。
`== 0`	连接已关闭（对端调用了 `close()`），这是「优雅关闭」信号。	立即关闭本端 `conn_fd`，不要再读。
`-1`	发生错误。查看 `errno` 获取原因。	根据错误码处理（如重试或退出）。

close() --- 关闭连接

通信完成后要关闭套接字，避免资源泄漏。

c 复制代码

#include <unistd.h>

int close(int fd);

fd：要关闭的套接字文件描述符。
返回值 ：成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

💡 提示：本文介绍了 Socket 编程中最核心的九个函数。掌握它们的用法后，你就可以开始编写自己的网络程序了。建议在实际编码中多练习，加深对这些 API 的理解。

目录

Socket 是什么？它是如何诞生的？

Socket API 详解

socket() --- 创建套接字

domain（协议族 / 地址族）

type（套接字类型）

protocol（协议类型）

返回值

bind() --- 绑定地址与端口

参数详解

返回值

listen() --- 开始监听

参数详解

返回值

accept() --- 接受连接

参数详解

返回值

connect() --- 发起连接

参数详解

返回值

send() --- 发送数据

参数详解

返回值（必须严格判断）

recv() --- 接收数据

参数详解

返回值（极其重要，必须判断）

close() --- 关闭连接