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前言

學習 socket 編程的意義在于：它讓你掌握計算機之間通信的核心原理，能親手實現聊天程序、文件傳輸、簡易服務器等網絡應用；同時這是理解 TCP/IP 協議、深入系統編程和進入后臺開發、分布式系統的基礎技能，也是面試和工程實踐中必不可少的知識。

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一，socket

socket（套接字） 是操作系統提供的一種 通信機制，最常用于網絡通信，在編程時，你可以把它當作 特殊的文件描述符（FD），既能讀、也能寫，文件用來在本地磁盤讀寫數據，而 socket 用來在不同主機之間交換數據。你可以把 socket 看作網絡文件，只是讀寫的數據不是在磁盤上，而是發送到網絡上的另一個進程。

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二，服務端socket

主要作用：接收客戶端請求并回復，服務器端使用socket分為幾個階段：創建 socket -> 綁定地址和端口 -> 等待客戶端發送數據 / 監聽連接 -> 處理數據或回復 -> 關閉 socket

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3-1 創建socket

socket函數原型

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

• domain：用于選擇網絡協議協議類型一般有值：AF_INET （IPv4 網絡協議），AF_INET6 （IPv6 網絡協議），AF_UNIX/AF_LOCAL （本地進程間通信）
• type：指定傳輸方式，主要有兩種：SOCK_STREAM 面向連接，基于字節流（TCP），SOCK_DGRAM 無連接，基于報文（UDP）
• protocol：通常指定具體協議：0 默認協議，IPPROTO_TCP 明確選擇 TCP，IPPROTO_UDP 明確選擇 UDP

在下面的代碼示例中我們會選擇：

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

創建一個UDP的套接字

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3-2 綁定地址和端口

struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意 IP
servaddr.sin_port = htons(12345);      // 端口
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

上面的struct sockaddr_in servaddr創建一個 IPv4 地址結構體 sockaddr_in，用來保存服務端的 IP 地址和端口信息結構體定義大致如下：

struct sockaddr_in {short            sin_family;   // 地址族 (AF_INET)unsigned short   sin_port;     // 端口號struct in_addr   sin_addr;     // IP 地址char             sin_zero[8];  // 填充為與 struct sockaddr 同大小
};

解釋上述代碼：

servaddr.sin_family = AF_INET;

設置 地址族為 IPv4 (AF_INET)告訴內核這是一個 IPv4 的 socket

servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意 IP

INADDR_ANY = 0.0.0.0，表示服務端 綁定本機所有可用 IP 地址，如果服務器有多個網卡，客戶端發送到任意 IP 都能被接收

servaddr.sin_port = htons(12345); // 端口

設置端口號為 12345，htons = host to network short（主機字節序 → 網絡字節序），網絡通信使用 大端序，保證不同平臺可以正確解析端口

bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

bind() 將 socket 文件描述符 與 IP + 端口 綁定

參數解釋：

sockfd：之前 socket() 返回的文件描述符

(struct sockaddr*)&servaddr ： 地址信息，強制類型轉換為通用 sockaddr

sizeof(servaddr) ： 結構體大小

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3-3 接收數據

char buffer[100];
struct sockaddr_in cliaddr {};
socklen_t len = sizeof(cliaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr * ) & cliaddr, & len);

這段代碼在一個 UDP 服務器程序中，從客戶端接收數據，存儲到 buffer 中，同時記錄客戶端的地址信息cliaddr，并返回接收的字節數n。

char buffer[100];

定義一個字符數組 buffer，大小為 100 字節，用來存儲從客戶端接收的數據

struct sockaddr_in cliaddr {};

定義一個 sockaddr_in 結構體變量 cliaddr，用于存儲客戶端的地址信息（如 IP 地址和端口號）。{} 初始化所有字段為 0

socklen_t len = sizeof(cliaddr);

定義一個 socklen_t 類型的變量 len，初始化為 cliaddr 的大小（通常 16 字節，struct sockaddr_in 的大小）。

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3-4 回復數據

const char* reply = "Hello Client";sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, len); // 回復

這段代碼用與服務器回復客戶端信息

其它的不再過多贅述

(struct sockaddr*)&cliaddr：客戶端地址結構體，告訴內核消息發送到哪里

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3-5關閉socket

close(sockfd);

不關閉會造成資源瀉漏

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3-6 完整代碼

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 創建 UDP socketif (sockfd < 0) { perror("socket"); return -1; }sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;servaddr.sin_port = htons(12345);bind(sockfd, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); // 綁定端口char buffer[100];sockaddr_in cliaddr{};socklen_t len = sizeof(cliaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (sockaddr*)&cliaddr, &len); // 接收消息buffer[n] = '\0';std::cout << "Server received: " << buffer << std::endl;const char* reply = "Hi Client";sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0, (sockaddr*)&cliaddr, len); // 回復客戶端close(sockfd);return 0;
}

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三，客戶端socket

客戶端socket代碼我直接展示出來吧，我們理解了服務端之后，客戶端是非常好理解的

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 創建 UDP socketif (sockfd < 0) { perror("socket"); return -1; }sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(12345);servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 本機測試const char* msg = "Hello Server";sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); // 發送消息char buffer[100];socklen_t len = sizeof(servaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (sockaddr*)&servaddr, &len); // 接收回復buffer[n] = '\0';std::cout << "Client received: " << buffer << std::endl;close(sockfd);return 0;
}

這里的sendto和recvfrom大家應該都懂，主要是這個客戶端是如何找到服務端的重要

    sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(12345);servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 本機測試

在這段代碼里的IP地址和端口號是找到服務端的關鍵

• IP 地址 (127.0.0.1)：告訴客戶端要把數據發送到哪個機器。127.0.0.1 表示本機，也就是服務端和客戶端在同一臺電腦。如果服務端在另一臺電腦，你就要寫它的真實 IP，例如 192.168.1.100。

• 端口號 (12345)
  服務端在這個端口上監聽數據。UDP/TCP 都是靠端口區分不同服務的，就像房子門牌號一樣。所以客戶端通過 IP, port 就能找到服務端。

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3-1 為什么客戶端通常不需要手動定義 IP 和端口

客戶端的職責是 主動找服務端，在調用 sendto()時：目標地址（服務端的 IP+端口） 由程序員指定，源地址（客戶端的 IP+端口） 不寫時由內核自動分配

IP：自動選擇一塊能到達服務端的本地網卡的 IP

端口：自動分配一個 臨時端口，通常在 49152–65535 之間

客戶端什么時候需要綁定 IP+端口：如果客戶端希望 使用固定端口（比如做 P2P、游戲服務器通知端口），或者有多張網卡，必須指定 用哪張網卡的 IP 去通信，這種情況才會手動調用 bind()