从 socket 谈起

在 Linux 一切皆文件的思想下，网络连接也只是一个文件描述符，被称为 socket。socket 就像是一个一个传送门，只要把另一个传送门的参数告诉它，它就会把你的消息传送过去。

socket 的中文翻译是“套接字”，但这个翻译实在和“鲁棒性”卧龙凤雏，所以还是用英文为妙。

C++ 提供了 socket 函数（sys/socket.h），让我们定义这样一个传送门。

extern int socket (int __domain, int __type, int __protocol) __THROW;

这里的 socket 函数接收了 3 个参数：

• __domain（bits.socket.h）：地址类型。常用的包括 IPv4 地址 AF_INET、IPv6 地址 AF_INET6、本地通信 AF_UNIX 等；
• __type（bits/socket_type.h）：数据传输方式。常用的包括有序可靠传输 SOCK_STREAM、无连接不可靠传输 SOCK_DGRAM 等；
• __protocol（netinet/in.h）：协议类型。常用的包括 TCP 连接 IPPROTO_TCP、UDP 连接 IPPROTO_UDP。如果设置为 0，则会自动选择。

这个函数返回一个整数：如果 socket 建立成功，则返回 socket 的文件描述符；否则返回 -1。

例如，我们可以这样创建一个 IPv4 的 TCP socket：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

以上定义了 socket 的连接方式，我们还需要向其中传入具体参数。首先要传入自己的 IP 和端口等信息，这里用到 bind 函数（sys/socket.h）：

bind(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

其中，serv_addr 是一个 sockaddr_in 类型（netinet/in.h）的结构体，包含了 IP、端口等信息。我们可以像下面这样定义它：

struct sockaddr_in serv_addr;

bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr)); // 清零

serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
serv_addr.sin_port = htons(8888);

在服务器上，服务器使用 listen 函数（sys/socket.h）来监听连接：

listen(sockfd, SOMAXCONN);

其中，SOMAXCONN 是最大连接数量，默认情况下是 4096。

客户端可以使用 connect 去连接服务器：

connect(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

服务器使用 accept 函数同意连接：

int clnt_sockfd = accept(sockfd, (sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_len);

accept 函数是阻塞的。除非收到客户端的 socket，否则不会继续执行代码。

完整程序：

• server.cc

  #include <arpa/inet.h>
  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  #include <sys/socket.h>
  
  int main() {
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  
    struct sockaddr_in serv_addr;
    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(8888);
  
    bind(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  
    listen(sockfd, SOMAXCONN);
  
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_len = sizeof(clnt_addr);
    bzero(&clnt_addr, sizeof(clnt_addr));
  
    int clnt_sockfd = accept(sockfd, (sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_len);
  
    printf("New client %d! IP: %s Port: %d\n", clnt_sockfd, inet_ntoa(clnt_addr.sin_addr), ntohs(clnt_addr.sin_port));
    return 0;
  }
  

• client.cc

  #include <arpa/inet.h>
  #include <string.h>
  #include <sys/socket.h>
  
  int main() {
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  
    struct sockaddr_in serv_addr;
    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(8888);
  
    connect(sockfd, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  
    return 0;
  }
  

• Makefile

  CXX = g++
  
  CXXFLAGS = -std=c++20 -Wall -g
  
  SOURCES = $(wildcard *.cc)
  TARGETS = $(SOURCES:.cc=)
  
  .PHONY: clean all
  
  all: $(TARGETS)
  
  %: %.cc
      $(CXX) $(CXXFLAGS) -o $@ $^
  
  clean:
      rm -f $(TARGETS)
  

然后编译运行：

$make
$./server &
$./client
New client 4! IP: 127.0.0.1 Port: 58236