Linux平台下TCP客户/服务端程序

图片来源：https://subingwen.cn/linux/socket/

下面实现一个Linux平台下TCP客户/服务端程序：客户端向服务器发送：“你好，服务器…递增数字”，然后服务器发送响应消息：“你好，客户端”。

服务端

server.cpp

#include <iostream>    
#include <cstdlib>      // std::exit
#include <cstring>      // memset sprintf strlen
#include <arpa/inet.h>  // inet_ntop, htons, ntohs, INADDR_ANY, INET_ADDRSTRLEN 
#include <unistd.h>     // close
// #include <sys/socket.h> // sockaddr_in,  socket(),  bind(), listen(), accept(), send(), recv()，SOCK_STREAM，AF_INET
/*
<arpa/inet.h>包含了<netinet/in.h>，而<netinet/in.h>包含了 <sys/socket.h>。
所以实际使用时，只需要#include <arpa/inet.h>，不需要#include <sys/socket.h> 
*/int main()
{// 1. 创建监听的套接字int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // 创建一个TCP套接字if (lfd == -1){perror("socket");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 2. 将socket()返回值和本地的IP端口绑定到一起sockaddr_in addr;  // 用于存储地址信息addr.sin_family = AF_INET; // 地址族，IPv4addr.sin_port = htons(10000);   // 大端端口转换//addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定到任意IP地址inet_pton(AF_INET, "172.31.108.107", &addr.sin_addr.s_addr); // 指定IP地址int ret = bind(lfd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); // 绑定套接字到地址if (ret == -1){perror("bind");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 3. 设置监听ret = listen(lfd, 128);  // 开始监听if (ret == -1){perror("listen");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 4. 阻塞等待并接受客户端连接sockaddr_in cliaddr; // 用于存储客户端地址信息socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);  // 客户端地址结构的大小int cfd = accept(lfd, (sockaddr*)&cliaddr, &clilen); // 接受客户端连接if (cfd == -1){perror("accept");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 打印客户端的地址信息char ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0};  // 存储客户端IP地址std::cout << "客户端的IP地址: " << inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip))  // 将IP地址转换为字符串<< ", 端口: " << ntohs(cliaddr.sin_port) << std::endl;  // 端口号转换// 5. 和客户端通信while (true){// 接收数据char buf[1024];  // 接收缓冲区memset(buf, 0, sizeof(buf));  // 清零缓冲区int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);  // 从客户端读取数据if (len > 0){std::cout << "客户端: " << buf << std::endl;  // 打印客户端发送的消息sprintf(buf, "你好, 客户端\n");  // 格式化字符串send(cfd, buf, strlen(buf), 0);  // 回应客户端}else if (len == 0){std::cout << "客户端断开了连接..." << std::endl;  // 客户端断开连接break;}else{perror("recv");  // 错误处理break;}}close(cfd);  // 关闭与客户端的连接close(lfd);  // 关闭监听套接字return 0;
}

编译与运行

g++ server.cpp -o server
./server

客户端

client.cpp

#include <iostream>     // std::cout, std::cerr
#include <cstdlib>     // std::exit
#include <unistd.h>     // close, sleep
#include <cstring>      // memset, strlen
#include <arpa/inet.h>  // socket, connect, inet_pton, htonsint main()
{// 1. 创建通信的套接字int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // 创建一个TCP套接字if (fd == -1){perror("socket");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 2. 连接服务器sockaddr_in addr;  // 用于存储服务器地址信息addr.sin_family = AF_INET; // 地址族，IPv4addr.sin_port = htons(10000);   // 大端端口转换inet_pton(AF_INET, "172.31.108.107", &addr.sin_addr.s_addr); // 将IP地址转换为网络字节顺序int ret = connect(fd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); // 连接到服务器if (ret == -1){perror("connect");  // 错误处理std::exit(EXIT_FAILURE);}// 3. 和服务器端通信int number = 0;while (true){// 发送数据char buf[1024];  // 数据缓冲区sprintf(buf, "你好, 服务器...%d", number++);  // 格式化字符串send(fd, buf, strlen(buf), 0);  // 发送数据// 接收数据memset(buf, 0, sizeof(buf));  // 清空缓冲区int len = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);  // 从服务器读取数据if (len > 0){std::cout << "服务器: " << buf;  // 打印服务器发送的消息}else if (len == 0){std::cout << "服务器断开了连接..." << std::endl;  // 服务器断开连接break;}else{perror("recv");  // 错误处理break;}sleep(1);   // 每隔1秒发送一条数据}close(fd);  // 关闭套接字return 0;
}

编译与运行

g++ client.cpp -o client
./client

相关头文件介绍

1. <cstdlib> ：提供了一些常用的标准库函数，源自 C 的 stdlib.h，这些函数与程序控制、内存分配、随机数生成等功能相关。使用到的函数：

   • std::exit(int status)：终止程序执行，status 用来返回退出状态码，0 表示正常退出，非 0 表示异常退出。 无返回值，直接终止程序。

2. <cstring>：是对 C 语言 string.h 的封装，提供了用于操作 C 风格字符串（以 '\0' 结尾的字符数组）和内存操作的函数。使用到的函数：

   • ptr = memset(void* ptr, int value, size_t num)：将指定内存区域的前 num 个字节设置为 value。 返回指向 ptr 的指针，即被修改的内存区域的起始地址。
   • n = sprintf(char* buffer, const char* format, ...)：将格式化数据写入 buffer，并返回写入的字符数。返回写入 buffer 中的字符数（不包括终止符 '\0'）。
   • len = strlen(const char* str)：返回 C 风格字符串 str 的长度（不包括终止符 '\0'）。 返回 str 的长度。

3. <arpa/inet.h>：提供了一些用于网络编程的工具函数，主要用于 IP 地址与主机字节序、网络字节序的转换。使用到的函数和宏：

   • inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t size)：将网络格式（大端序）的二进制 IP 地址转换为可读的点分十进制或冒号分隔的字符串。
   • inet_pton(int af, const char* src, void* dst)：将可读的点分十进制或冒号分隔的字符串格式的 IP 地址转换为网络格式（大端序）的二进制格式。
   • netshort = htons(uint16_t hostshort)：将主机字节序（小端序）的 16 位数转换为网络字节序（大端序）。 返回转换后的网络字节序的 16 位数。
   • hostshort = ntohs(uint16_t netshort)：将网络字节序的 16 位数转换为主机字节序。 返回转换后的主机字节序的 16 位数。
   • INADDR_ANY：用于表示绑定到所有可用的本地接口（IP 地址为 0.0.0.0）。
   • INET_ADDRSTRLEN 是一个常量，表示用于存储 IPv4 地址的字符串格式的最大长度。其值通常为 16，这是因为 IPv4 地址的最坏情况是点分十进制表示的字符串形式，如 “255.255.255.255”，该字符串的长度为 15，加上一个字符串终止符 ‘\0’，总共为 16。

4. <sys/socket.h>：提供了与套接字编程相关的函数和数据结构，定义了套接字的创建、绑定、监听、接受连接、数据收发等功能。使用到的函数、宏和结构体：

   • sockfd = socket(int domain, int type, int protocol)：创建一个套接字，domain 表示协议族（如 IPv4 , IPv6），type 表示套接字类型（如 SOCK_STREAM 表示 TCP），protocol 通常为 0，表示默认协议。 返回新的套接字描述符，失败时返回 -1。
   • result = bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen)：将套接字绑定到特定地址（IP 和端口）。 返回 0 表示成功，返回 -1 表示出错。
   • result = listen(int sockfd, int backlog)：将套接字设置为监听模式，backlog 表示队列中可以等待的最大连接数。 返回 0 表示成功，返回 -1 表示出错。
   • new_sockfd = accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* addrlen)：接受连接请求，并返回一个新的套接字，失败时返回 -1。
   • bytes_sent = send(int sockfd, const void* buf, size_t len, int flags)：通过连接的套接字发送数据。 返回成功发送的字节数，失败时返回 -1。
   • bytes_received = recv(int sockfd, void* buf, size_t len, int flags)：从连接的套接字接收数据。 返回成功接收的字节数，返回 0 表示对方关闭连接，失败时返回 -1。
   • AF_INET： 是一个常量，用于指定地址族，表示使用 IPv4 地址。
   • SOCK_STREAM：是一个常量，用于指定套接字类型，表示该套接字将使用 TCP 协议进行流式数据传输。
   • sockaddr_in：专门用于 IPv4 地址的结构体，包含 sin_family（地址族）、sin_port（端口号）、sin_addr（IP 地址）等字段。

     struct sockaddr_in {short int          sin_family;   // 地址族unsigned short int sin_port;     // 端口号 (网络字节序)struct in_addr     sin_addr;     // IP 地址unsigned char      sin_zero[8];  // 填充字段（未使用）
     };
     

5. <unistd.h>：是 Unix-like 操作系统的头文件，提供了对系统调用的访问接口，包含文件操作、进程管理等低级功能。使用到的函数：

   • result = close(int fd)：关闭文件描述符 fd，在网络编程中用于关闭套接字。 返回 0 表示成功，返回 -1 表示出错。
   • sleep(unsigned int seconds) ：暂停执行当前线程 seconds 秒。