C++ 从零实现 TCP Socket 网络工具实战

返回值：

• 成功：返回非负整数（套接字描述符）。
• 失败：返回 -1，并设置 errno。

bind 函数

将套接字绑定到指定的本地地址（IP 和端口），这一步通常在服务端调用。

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

参数说明：

1. sockfd：通过 socket() 创建的套接字描述符。
2. addr：指向 struct sockaddr 结构体的指针，包含 IP 和端口信息。通常使用 struct sockaddr_in（IPv4）。
3. addrlen：地址结构体的大小，通常为 sizeof(struct sockaddr_in)。

返回值：

• 成功：返回 0。
• 失败：返回 -1。

listen 函数

将主动套接字转换为被动监听状态，准备接受客户端连接请求。

int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明：

1. sockfd：已绑定的套接字描述符。
2. backlog：监听队列的最大长度。当连接请求超过此数量时，新请求可能被拒绝或丢弃。一般设置为 5 到 128，高并发场景可适当调大。

返回值：

• 成功：返回 0。
• 失败：返回 -1。

accept 函数

阻塞等待客户端连接，一旦有连接建立，会返回一个新的套接字描述符用于与该客户端通信。

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

参数说明：

1. sockfd：监听套接字描述符。
2. addr：输出参数，获取客户端的地址信息。
3. addrlen：输入/输出参数，指定地址结构体大小。

返回值：

• 成功：返回新的套接字描述符（用于读写数据）。
• 失败：返回 -1。

connect 函数

客户端发起连接请求，尝试与服务端建立连接。

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

返回值：

• 成功：返回 0。
• 失败：返回 -1。

close 函数

关闭套接字，释放资源。

int close(int fd);

参数说明：

• fd：要关闭的文件描述符，通常是 socket() 返回的描述符。

返回值：

• 成功：返回 0。
• 失败：返回 -1。

网络套接字封装（TCP）

为了简化开发，我们可以将这些 API 封装成一个 C++ 类。下面是一个基于 TCP 的 Sock 类实现示例。

1. 头文件引用

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include "log.hpp"

这里引入了标准库处理 IO 和字符串，以及系统头文件处理网络逻辑。log.hpp 为自定义日志模块，用于记录关键错误信息。

2. 全局变量和枚举类型

int backlog = 10;
enum err {
    Socketerr = 1,
    Bindeterr,
    Listeneterr,
    Accepteterr,
};

• backlog：监听队列长度，设为 10。
• enum err：定义错误码，方便统一处理异常退出。

3. Sock 类实现

构造函数和析构函数

Sock() {}
~Sock() {}

默认构造和析构，实际使用时需在析构函数中调用 close() 清理资源。

Socket() - 创建套接字

void Socket() {
    sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd_ < 0) {
        lg(FATAL, "Socket error: %d,%s", errno, strerror(errno));
        exit(Socketerr);
    }
}

创建 TCP 流套接字。如果失败直接记录致命日志并退出，避免后续操作无效。

Bind(uint16_t port) - 绑定套接字

void Bind(uint16_t port) {
    struct sockaddr_in peer;
    socklen_t len = sizeof(peer);
    bzero(&peer, len);
    peer.sin_port = htons(port);
    peer.sin_family = AF_INET;
    peer.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    
    if (bind(sockfd_, (struct sockaddr*)&(peer), len) < 0) {
        lg(FATAL, "Bind error: %d,%s", errno, strerror(errno));
        exit(Bindeterr);
    }
}

将套接字绑定到所有可用网络接口（INADDR_ANY）和指定端口。注意端口需转换为网络字节序（htons）。

Listen() - 开始监听

void Listen() {
    if (listen(sockfd_, backlog) < 0) {
        lg(FATAL, "Listen error: %d,%s", errno, strerror(errno));
        exit(Listeneterr);
    }
}

进入监听状态，准备好接受连接。

Accept(std::string* clientip, uint16_t* clientport) - 接受连接

int Accept(std::string* clientip, uint16_t* clientport) {
    struct sockaddr_in peer;
    socklen_t len = sizeof(peer);
    bzero(&peer, len);
    
    int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr*)&(peer), &len);
    if (newfd < 0) {
        lg(FATAL, "Accept error: %d,%s", errno, strerror(errno));
        exit(Accepteterr);
    }
    
    char ip[64];
    inet_ntop(AF_INET, &peer.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip));
    *clientip = ip;
    *clientport = ntohs(peer.sin_port);
    return newfd;
}

阻塞等待客户端连接。成功后返回新描述符，并通过指针参数回传客户端 IP 和端口。IP 地址需从二进制转为字符串（inet_ntop），端口转为主机字节序（ntohs）。

Connect(const std::string& ip, const uint16_t& port) - 连接服务器

bool Connect(const std::string& ip, const uint16_t& port) {
    struct sockaddr_in peer;
    socklen_t len = sizeof(peer);
    bzero(&peer, len);
    
    peer.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
    peer.sin_port = htons(port);
    peer.sin_family = AF_INET;
    
    int n = connect(sockfd_, (struct sockaddr*)&(peer), len);
    if (n < 0) {
        lg(WARNING, "Connect error: %d,%s", errno, strerror(errno));
        return false;
    }
    return true;
}

客户端连接远程服务。IP 字符串转为二进制（inet_addr），端口转网络字节序。失败仅记录警告并返回 false，不强制退出。

GetFd() - 获取套接字描述符

int GetFd() {
    return sockfd_;
}

暴露描述符供外部调用 send/recv 等操作。

以上代码提供了一个基础的 TCP Socket 封装框架。在实际项目中，建议增加非阻塞模式支持、超时控制以及更完善的异常处理机制。