C 语言网络编程实战：Socket、TCP/IP 与通信实现

一、前言：为什么网络编程是 C 语言开发的重要方向？

网络编程不仅仅是调用几个 API，它关乎程序如何跨越物理边界进行对话。掌握这一技能，意味着你能构建分布式系统、处理高并发数据流，甚至解决复杂的远程协作问题。

本章我们将深入 Socket 接口、TCP/IP 协议栈以及客户端与服务器的完整交互流程。重点在于理解底层机制，而不仅仅是复制代码。

二、模块 1：Socket 编程的基本概念——网络通信的接口

2.1 核心目标

Socket 本质：它是操作系统提供的网络通信接口，应用程序通过它访问网络服务。
Socket 类型：区分流套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。
创建方法：熟练使用 socket() 函数初始化套接字。
常见陷阱：避免地址复用冲突、端口占用及错误处理缺失。

2.2 Socket 的类型详解

流套接字（SOCK_STREAM） 基于 TCP 协议，提供可靠的、面向连接的服务。数据按序到达，适合文件传输、聊天等场景。

数据报套接字（SOCK_DGRAM） 基于 UDP 协议，无连接、不可靠。不保证顺序，但开销小，适合实时音视频或广播。

下面是一个基础的 Socket 创建与连接示例。注意头文件的包含和地址结构的初始化。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;

    // 创建 socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
         ;
    }

    
    (&server_addr, , (server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr();
    server_addr.sin_port = htons();

    
     (connect(sockfd, ( sockaddr*)&server_addr, (server_addr)) < ) {
        perror();
         ;
    }

    
     buffer[] = ;
     (send(sockfd, buffer, (buffer), ) < ) {
        perror();
         ;
    }

    
     (recv(sockfd, buffer, (buffer), ) < ) {
        perror();
         ;
    }
    (, buffer);

    
    close(sockfd);
     ;
}

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #define MAX_CLIENTS 5 struct Client { int sockfd; struct sockaddr_in addr; }; struct Client clients[MAX_CLIENTS]; int num_clients = 0; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void* handle_client(void* arg) { struct Client* client = (struct Client*)arg; char buffer[1024]; int read_size; while ((read_size = recv(client->sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0)) > 0) { buffer[read_size] = '\0'; printf("客户端 %s:%d 发送：%s\n", inet_ntoa(client->addr.sin_addr), ntohs(client->addr.sin_port), buffer); // 广播消息给所有客户端 pthread_mutex_lock(&mutex); for (int i = 0; i < num_clients; i++) { if (clients[i].sockfd != client->sockfd) { send(clients[i].sockfd, buffer, strlen(buffer), 0); } } pthread_mutex_unlock(&mutex); } // 客户端断开连接 printf("客户端 %s:%d 断开连接\n", inet_ntoa(client->addr.sin_addr), ntohs(client->addr.sin_port)); pthread_mutex_lock(&mutex); for (int i = 0; i < num_clients; i++) { if (clients[i].sockfd == client->sockfd) { for (int j = i; j < num_clients - 1; j++) { clients[j] = clients[j + 1]; } num_clients--; break; } } pthread_mutex_unlock(&mutex); close(client->sockfd); free(client); return NULL; } int main() { int sockfd, newsockfd; socklen_t clilen; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; pthread_t tid; // 创建 socket sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror("socket() error"); return 0; } // 初始化服务器地址结构 memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(12345); // 绑定地址 if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) { perror("bind() error"); return 0; } // 监听连接 listen(sockfd, 5); clilen = sizeof(cli_addr); printf("等待客户端连接...\n"); while (1) { // 接受连接 newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &clilen); if (newsockfd < 0) { perror("accept() error"); return 0; } // 添加客户端到列表 pthread_mutex_lock(&mutex); if (num_clients >= MAX_CLIENTS) { printf("客户端数量已达到上限！\n"); close(newsockfd); pthread_mutex_unlock(&mutex); continue; } struct Client* client = (struct Client*)malloc(sizeof(struct Client)); client->sockfd = newsockfd; client->addr = cli_addr; clients[num_clients++] = *client; pthread_mutex_unlock(&mutex); printf("客户端 %s:%d 连接成功！\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr), ntohs(cli_addr.sin_port)); // 创建线程处理客户端 pthread_create(&tid, NULL, handle_client, client); pthread_detach(tid); } close(sockfd); return 0; }

C 语言网络编程实战：Socket、TCP/IP 与通信实现