在C語言中，套接字（Socket）編程主要用于網絡通信，尤其是在基于TCP/IP協議的應用程序開發中。常用的套接字編程API主要基于Berkeley Sockets（伯克利套接字）接口，這些函數通常在<sys/socket.h>和<netinet/in.h>頭文件中定義。以下是對常見套接字API的詳細講解，包括函數功能、參數、返回值、涉及的結構體及其成員的含義。

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1. socket()

功能

創建新的套接字。

函數原型

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

參數

• domain: 指定通信協議族（協議域）。
  • 類型: int
  • 常見值:
    • AF_INET（IPv4協議）
    • AF_INET6（IPv6協議）
    • AF_UNIX（本地通信）
  • 含義: 定義套接字的地址格式和通信范圍。
• type: 指定套接字類型。
  • 類型: int
  • 常見值:
    • SOCK_STREAM（面向連接的TCP流）
    • SOCK_DGRAM（無連接的UDP數據報）
    • SOCK_RAW（原始套接字）
  • 含義: 定義通信的語義。
• protocol: 指定具體協議。
  • 類型: int
  • 常見值:
    • 通常為0（表示由domain和type自動選擇默認協議，如TCP或UDP）
    • 特殊值（如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP）用于顯式指定協議。
  • 含義: 細化協議選擇。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回套接字文件描述符（非負整數）。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno表示錯誤。

相關結構體

無直接結構體參數。

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2. bind()

功能

將套接字綁定到特定的地址和端口。

函數原型

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

參數

• sockfd: 要綁定的套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 由socket()創建的套接字。
• addr: 指向地址結構體的指針。
  • 類型: const struct sockaddr *
  • 含義: 指定綁定的地址和端口。
• addrlen: 地址結構體的大小。
  • 類型: socklen_t（通常是unsigned int）
  • 含義: addr指向的結構體長度。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回0。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

• struct sockaddr
  • 定義:

    struct sockaddr {sa_family_t sa_family;    // 地址族char        sa_data[14];  // 地址數據（具體含義依賴地址族）
    };
    

  • 成員:
    • sa_family: 地址族（如AF_INET）。
      • 類型: sa_family_t（通常是unsigned short）
      • 含義: 指定地址類型。
    • sa_data: 地址數據的字節數組。
      • 類型: char[14]
      • 含義: 存儲具體地址信息，但通常不直接使用。
• 實際常用: struct sockaddr_in（針對IPv4）
  • 定義:

    struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; // 地址族in_port_t      sin_port;   // 端口號struct in_addr sin_addr;   // IP地址unsigned char  sin_zero[8]; // 填充字節
    };
    

  • 成員:
    • sin_family: 地址族。
      • 類型: sa_family_t
      • 含義: 通常為AF_INET。
    • sin_port: 端口號。
      • 類型: in_port_t（通常是uint16_t）
      • 含義: 網絡字節序的端口號（如htons(8080)）。
    • sin_addr: IP地址。
      • 類型: struct in_addr
      • 定義:

        struct in_addr {in_addr_t s_addr; // IPv4地址（32位）
        };
        

      • 成員:
        • s_addr: IPv4地址。
          • 類型: in_addr_t（通常是uint32_t）
          • 含義: 網絡字節序的IP地址（如inet_addr("127.0.0.1")）。
    • sin_zero: 填充字節。
      • 類型: unsigned char[8]
      • 含義: 用于對齊，通常置為0。

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3. listen()

功能

將套接字設置為監聽狀態，用于接受客戶端連接（僅限TCP）。

函數原型

int listen(int sockfd, int backlog);

參數

• sockfd: 要監聽的套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 已綁定的服務器套接字。
• backlog: 等待連接隊列的最大長度。
  • 類型: int
  • 含義: 指定未完成連接的最大排隊數（如5或10）。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回0。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

無直接結構體參數。

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4. accept()

功能

接受客戶端連接請求，返回新的套接字用于通信（僅限TCP）。

函數原型

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

參數

• sockfd: 監聽的套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 已調用listen()的服務器套接字。
• addr: 客戶端地址信息。
  • 類型: struct sockaddr *
  • 含義: 用于存儲連接的客戶端地址（通常轉換為struct sockaddr_in）。
• addrlen: 地址結構體的長度。
  • 類型: socklen_t *
  • 含義: 傳入時為addr的大小，函數返回時為實際地址長度。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回新的套接字文件描述符，用于與客戶端通信。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

• 同bind()中的struct sockaddr和struct sockaddr_in。

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5. connect()

功能

發起與服務器的連接（用于客戶端）。

函數原型

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

參數

• sockfd: 客戶端套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 由socket()創建的套接字。
• addr: 目標服務器地址。
  • 類型: const struct sockaddr *
  • 含義: 指定服務器的地址和端口。
• addrlen: 地址結構體的長度。
  • 類型: socklen_t
  • 含義: addr的大小。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回0。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

• 同bind()中的struct sockaddr和struct sockaddr_in。

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6. send() 和 recv()

功能

• send(): 發送數據。
• recv(): 接收數據。

函數原型

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

參數

• sockfd: 套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 已連接的套接字。
• buf: 數據緩沖區。
  • 類型: const void *（send）或void *（recv）
  • 含義: 發送或接收的數據存儲位置。
• len: 數據長度。
  • 類型: size_t
  • 含義: 要發送或接收的字節數。
• flags: 操作標志。
  • 類型: int
  • 常見值:
    • 0（默認行為）
    • MSG_DONTWAIT（非阻塞）
  • 含義: 修改發送/接收行為。

返回值

• 類型: ssize_t
• 含義:
  • 成功: 返回實際發送/接收的字節數。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

無直接結構體參數。

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7. close()

功能

關閉套接字。

函數原型

int close(int sockfd);

參數

• sockfd: 要關閉的套接字文件描述符。
  • 類型: int
  • 含義: 由socket()或accept()返回的描述符。

返回值

• 類型: int
• 含義:
  • 成功: 返回0。
  • 失敗: 返回-1，并設置errno。

相關結構體

無直接結構體參數。

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總結

以下是常用套接字API的快速參考表：

函數	功能	返回值類型	主要結構體
socket()	創建套接字	int	無
bind()	綁定地址	int	sockaddr, sockaddr_in
listen()	開始監聽	int	無
accept()	接受連接	int	sockaddr, sockaddr_in
connect()	發起連接	int	sockaddr, sockaddr_in
send()	發送數據	ssize_t	無
recv()	接收數據	ssize_t	無
close()	關閉套接字	int	無

這些API是C語言網絡編程的核心，配合結構體（如struct sockaddr_in）使用，可以實現基本的客戶端-服務器通信。需要注意網絡字節序（htons, ntohs, htonl, ntohl）和錯誤處理（errno）的使用。