C Socket服务器客户端如何通信？-凌峰创科服务平台

核心概念

在开始之前,我们需要理解几个核心概念：

（图片来源网络，侵删）

Socket (套接字)：它就像一个电话插座，是网络通信的端点，程序通过 Socket 发送和接收数据。
IP 地址：网络上设备的唯一地址，服务端需要绑定到一个 IP 地址上，以便客户端知道连接到哪里。
端口号：IP 地址标识了计算机，端口号则标识了计算机上的具体应用程序（服务），Web 服务通常使用 80 端口。
TCP (传输控制协议)：一种面向连接的、可靠的协议，在通信前，客户端和服务器必须先建立一个连接（三次握手），之后数据可以按顺序、无差错地传输。
流程：
- 服务器：创建 Socket -> 绑定 IP 和端口 -> 监听连接 -> 接受客户端连接 -> 与客户端收发数据 -> 关闭连接。
- 客户端：创建 Socket -> 连接服务器 -> 与服务器收发数据 -> 关闭连接。

准备工作：编译和链接

在 Linux/macOS 系统上，Socket 相关的函数位于 libsocket 库中，通常不需要额外链接，但在 Windows 上，需要链接 Ws2_32.lib。

Linux/macOS 编译命令：

gcc server.c -o server
gcc client.c -o client

Windows 编译命令 (使用 MinGW)：

gcc server.c -o server.exe -lws2_32
gcc client.c -o client.exe -lws2_32

第一部分：服务器端代码

服务器的主要任务是“等待”并“响应”客户端的请求。

代码逻辑:

创建套接字 (socket)
绑定地址和端口 (bind)：告诉操作系统这个 Socket 使用的 IP 和端口。
监听连接 (listen)：将 Socket 设置为监听模式，等待客户端连接。
接受连接 (accept)：从等待队列中取出一个客户端连接请求，并创建一个新的 Socket 专门与这个客户端通信。
收发数据 (send/recv)：通过新创建的 Socket 与客户端进行数据交互。
关闭套接字 (close)：关闭通信套接字和监听套接字。

server.c

（图片来源网络，侵删）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h> // 用于 read, write, close
#include <sys/socket.h> // 用于 socket, bind, listen, accept
#include <netinet/in.h> // 用于 struct sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> // 用于 inet_addr
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    // 1. 创建套接字文件描述符
    // AF_INET: IPv4
    // SOCK_STREAM: TCP
    // 0: 自动选择协议
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 设置套接字选项，允许地址重用
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 2. 绑定地址和端口
    address.sin_family = AF_INET; // IPv4
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有可用的网络接口
    address.sin_port = htons(PORT); // 将端口号从主机字节序转换为网络字节序
    // 绑定套接字到地址和端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Server bound on port %d\n", PORT);
    // 3. 监听连接
    // SOMAXCONN 是系统允许的最大连接请求数
    if (listen(server_fd, SOMAXCONN) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Server is listening for connections...\n");
    // 4. 接受连接
    // accept 会阻塞，直到有客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Connection accepted from %s:%d\n", inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
    // 5. 与客户端收发数据
    int valread;
    // 从客户端读取数据
    valread = read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Client says: %s\n", buffer);
    // 向客户端发送数据
    char *response = "Hello from server!";
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);
    printf("Hello message sent\n");
    // 6. 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

第二部分：客户端代码

客户端的主要任务是“发起”连接并与服务器“通信”。

代码逻辑:

创建套接字 (socket)
连接服务器 (connect)：指定服务器的 IP 地址和端口号，发起连接请求。
收发数据 (send/recv)：通过已连接的 Socket 与服务器进行数据交互。
关闭套接字 (close)

client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *hello = "Hello from client";
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    // 1. 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    // 将 IPv4 地址从文本转换为二进制形式
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }
    // 2. 连接服务器
    // connect 会阻塞，直到连接成功或失败
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }
    printf("Connected to server on port %d\n", PORT);
    // 3. 向服务器发送数据
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");
    // 4. 从服务器读取数据
    int valread = read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Server says: %s\n", buffer);
    // 5. 关闭套接字
    close(sock);
    return 0;
}

第三部分：如何运行和测试

编译代码：分别编译服务器和客户端。
（图片来源网络，侵删）
```
gcc server.c -o server
gcc client.c -o client
```
启动服务器：在一个终端窗口中运行服务器，它会启动并等待连接。
```
./server
```
你会看到输出：
```
Server bound on port 8080
Server is listening for connections...
```
启动客户端：在另一个终端窗口中运行客户端，客户端会连接到服务器。
```
./client
```
你会看到客户端的输出：
```
Connected to server on port 8080
Hello message sent
Server says: Hello from server!
```

观察服务器终端：在服务器终端，你会看到它接受了连接并收到了消息。

Server bound on port 8080
Server is listening for connections...
Connection accepted from 127.0.0.1:54321  // 端口号可能不同
Client says: Hello from client
Hello message sent

第四部分：代码解释与重要函数

头文件

<sys/socket.h>：核心 Socket 函数。
<netinet/in.h>：定义了 sockaddr_in 结构体，用于处理 IPv4 地址和端口。
<arpa/inet.h>：提供了 IP 地址转换函数，如 inet_addr (已弃用) 和 inet_pton (推荐)。

关键函数和结构体

socket(int domain, int type, int protocol)
- domain: AF_INET (IPv4), AF_INET6 (IPv6), AF_UNIX (本地域)。
- type: SOCK_STREAM (TCP), SOCK_DGRAM (UDP)。
- protocol: 通常设为 0，让系统自动选择。
*`bind(int sockfd, const struct sockaddr addr, socklen_t addrlen)`**
- sockfd: socket() 返回的文件描述符。
- addr: 指向 sockaddr 结构体的指针，对于 IPv4，我们通常使用 sockaddr_in 并将其地址强制转换为 sockaddr*。
- sockaddr_in 结构体：
  - sin_family: 地址族，设为 AF_INET。
  - sin_port: 16位端口号。必须用 htons() 转换为网络字节序（大端序）。
  - sin_addr: 32位 IP 地址。INADDR_ANY 表示监听所有网络接口。inet_pton() 可将点分十进制字符串（如 "127.0.0.1"）转换为网络字节序。
listen(int sockfd, int backlog)
- sockfd: 已绑定的 Socket。
- backlog: 请求队列的最大长度。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)
- sockfd: 处于监听状态的 Socket。
- addr 和 addrlen: 用于保存客户端的地址信息，如果不关心，可以设为 NULL。
- 返回值：一个新的 Socket 文件描述符，专门用于与这个已连接的客户端通信，原来的监听 Socket 继续监听新的连接请求。
*`connect(int sockfd, const struct sockaddr addr, socklen_t addrlen)`**
- sockfd: 客户端创建的 Socket。
- addr: 指向服务器地址结构体的指针。
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)
- 从文件描述符 fd 或已连接的 Socket sockfd 读取最多 count/len 字节的数据到 buf 中。
- read 是通用 I/O 函数，recv 是专用于 Socket 的函数，可以设置 flags (如 MSG_WAITALL)。
- 如果对端关闭了连接,read/recv 会返回 0。
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)
- 将 buf 中的最多 count/len 字节数据写入文件描述符 fd 或已连接的 Socket sockfd。
- write 是通用 I/O 函数，send 是专用于 Socket 的函数，可以设置 flags (如 MSG_DONTROUTE)。
close(int fd)

关闭文件描述符或 Socket，释放资源。

总结与进阶

阻塞 vs. 非阻塞：上述代码中的 accept, connect, read, recv 都是阻塞的，意味着程序会暂停执行，直到操作完成，在实际应用中，你可能需要使用 select, poll, 或 epoll (Linux) 等机制来实现 I/O 多路复用，以便服务器能同时处理多个客户端。
错误处理：代码中的 perror 是一个简单的错误处理方式，在生产环境中，你可能需要更健壮的错误恢复机制。
并发服务器：要实现一个可以同时与多个客户端通信的服务器，最简单的方式是在 accept 之后创建一个新线程或新进程来处理与该客户端的通信，而主线程则继续调用 accept 等待下一个连接。

C Socket服务器客户端如何通信？

核心概念

准备工作：编译和链接

第一部分：服务器端代码

第二部分：客户端代码

第三部分：如何运行和测试

第四部分：代码解释与重要函数

头文件

关键函数和结构体

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准备工作：编译和链接

第一部分：服务器端代码

第二部分：客户端代码

第三部分：如何运行和测试

第四部分：代码解释与重要函数

头文件

关键函数和结构体

总结与进阶

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