C/C++ Socket编程

在当今世界中，计算机网络在数据传输领域起着重要作用。这是每个程序员都应该了解的一个主题。在计算机网络下，socket编程是编程世界中最重要的主题之一。在这个主题中，我们将讨论socket编程以及在C++中实现的不同的socket编程方法。

在C++中，socket编程是一种将两个或多个节点通过网络连接在一起的方法，以便节点之间可以共享数据而不丢失数据。在这个连接中，一个节点监听连接到特定IP地址的一个端口。当客户端到达服务器时，服务器创建socket监听器。

什么是Socket

让我们通过实时示例来理解什么是socket。Socket是一种提供两个设备间连接的介质。Socket可以是手机充电器提供socket与手机之间的连接，也可以是手机与笔记本电脑之间的连接。通过socket，不同的应用程序可以连接到本地网络的不同端口上。每当创建socket时，服务器指定程序，该程序指定socket和域地址。

Socket是一种用于在不同进程之间交换数据的机制。这些进程可以是连接在网络上的不同设备或同一设备上的进程。一旦socket的连接创建成功，数据可以在双向上发送，并持续进行，直到其中一个终点关闭连接。

C/C++ Socket编程

客户端-服务器通信的过程

建立客户端-服务器通信需要遵循以下过程：

Socket： 通过 socket，我们可以创建新的通信。
Bind： 通过此过程，我们可以将本地地址绑定到 socket 上。
Listen： 通过此过程，我们可以接受连接。
Accept： 通过此过程，我们可以阻塞传入连接，直到请求到达。
Connect： 通过此过程，我们可以尝试建立连接。
Send： 借助此过程，我们可以发送数据到网络上。
Receive： 通过此过程，我们可以接收网络上的数据。
Close： 通过此过程，我们可以释放网络连接。

服务器套接字创建的阶段

我们可以按以下步骤创建服务器套接字：

int socketcr： Socket(domain, type, protocol)
Socketcr： 它是一种整数类型，类似于文件处理器。
Domain： 它是一种通信域，是一种整数类型。
Type： 它是一种通信类型。
SOCK_DGRAM： 它是一种不可靠且无连接的 UDP 类型。
Protocol： 它用于为 IP 地址分配协议值，该值为 0。协议值类似于数据包 IP 标头中的协议字段中的值。

什么是连接

连接是两台机器之间的一种关系，这两台机器上的软件彼此了解。这两个软件知道如何与对方建立连接；换句话说，我们可以说这两个软件知道如何在网络上发送比特。套接字的连接意味着两台机器应该彼此了解所有的信息，如电话号码、IP 地址和 TCP 端口。

套接字是一种类似于文件的对象，它允许程序接受传入连接并允许它们发送或接收传入连接。此外，它是分配给服务器进程的一种资源。

服务器可以借助 socket() 创建套接字。该套接字不能与其他处理器共享。

Setsockopt： 通过Setsockopt，我们可以操作套接字的各种选项，这些选项由套接字的文件描述符引用。该过程是完全可选的。通过Setsockopt，我们可以重用客户端和服务器的端口和地址。当服务器出现“地址已经在使用中”的错误时，我们可以通过Setsockopt来防止。
Bind： 我们可以使用bind函数将套接字与地址和端口绑定。此操作在创建套接字之后进行。例如，如果我们尝试将服务器与本地主机绑定，则使用INADDR_ANY来定义服务器的IP地址。
Listen： 我们可以使用listen()函数创建一个连接模式套接字。连接模式套接字的示例是SOCK_STREAM。这可以通过套接字参数进行定义。它用于接受传入连接并执行传入连接的队列操作和传入连接的积压。当传入连接请求服务器确认时，套接字被放置为被动模式。服务器的backlog参数指的是它不能同时允许多个连接到服务器。如果有新的传入连接且队列已满，则服务器会返回“ECONNREFUSED”错误。使用listen()将传入连接保持在等待状态，当队列为空时，调用所有传入连接到服务器。
Accept： 通过accept()系统调用，我们可以创建基于连接的套接字。一些基于连接的套接字是SOCK_STREAM和SOCK_SEQPACKET。它提取所有首次到达的传入连接并允许其请求发送到服务器。通过创建新套接字的另一个参数，无法倾听新连接。

客户端的阶段

套接字连接： 与创建服务器的方法完全相同。
连接： 我们可以使用connect()系统调用来初始化与套接字的连接。如果套接字的参数是SOCK_DGRAM类型，则可以使用connect()将数据报定义为永久性的。如果套接字是SOCK_STREAM类型，则可以尝试与服务器建立另一个连接。使用connect()函数，我们还可以为外部关联创建一个连接。如果套接字未绑定，则系统为本地关联分配唯一值。当系统成功完成调用时，套接字准备好发送或接收任何类型的数据。
发送/接收： send()和recv()函数可以执行以下操作：

可以通过套接字进行数据通信。
存储缓冲区可以存储有关地址的数据，如数据的地址和缓冲区的地址。
处理缓冲区的大小，如数据的长度和缓冲区的长度。
处理标志，指示数据将如何发送。

建立套接字连接的步骤

它在不同客户端和服务器之间建立连接。但是客户端和服务器都可以处理套接字连接。每个进程都必须为自己的套接字建立连接。

在客户端建立套接字的步骤如下：

使用socket()系统调用创建套接字。
然后，我们必须使用system()调用与服务器的套接字地址建立连接。
然后我们必须发送和接收数据。我们可以使用各种方法来实现这一点。我们可以使用read()和write()函数来实现。

在服务器端建立套接字的步骤如下：

首先，使用socket()系统调用创建套接字。
然后，使用bind()系统调用将套接字绑定到地址上。地址包含主机机器上服务器套接字的端口号。
然后，使用listening()系统调用监听连接。
然后，服务器使用accept()系统调用接受传入连接。它还会阻塞所有传入命令，直到客户端连接到服务器为止。
然后开始发送和接收数据的过程。

连接多个客户端而不使用多线程

在各种示例中，我们可以看到单个用户如何与服务器连接。在当今的编程世界中，通过不同的套接字连接多个用户到服务器上。

有各种方法可以实现这一点。其中之一是多线程。通过多线程的帮助，我们可以实现这一点。我们可以使用select()函数来实现多线程处理。

示例

客户端代码：

// Client side C/C++ program to demonstrate Socket
// programming
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define PORT 8080

int main(int argc, char const* argv[])
{
       int sock = 0, valread, client_fd;
       struct sockaddr_in serv_addr;
       char* hello = "Hello from client";
       char buffer[1024] = { 0 };
       if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
               printf("\n Socket creation error \n");
               return -1;
       }

       serv_addr.sin_family = AF_INET;
       serv_addr.sin_port = htons(PORT);

       // Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary
       // form
       if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)
               <= 0) {
               printf(
                       "\nInvalid address/ Address not supported \n");
               return -1;
       }

       if ((client_fd
               = connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr,
                               sizeof(serv_addr)))
               < 0) {
               printf("\nConnection Failed \n");
               return -1;
       }
       send(sock, hello, strlen(hello), 0);
       printf("Hello message sent\n");
       valread = read(sock, buffer, 1024);
       printf("%s\n", buffer);

       // closing the connected socket
       close(client_fd);
       return 0;
}

Code for server:
// Server side C/C++ program to demonstrate Socket
// programming
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define PORT 8080
int main(int argc, char const* argv[])
{
       int server_fd, new_socket, valread;
       struct sockaddr_in address;
       int opt = 1;
       int addrlen = sizeof(address);
       char buffer[1024] = { 0 };
       char* hello = "Hello from server";

       // Creating socket file descriptor
       if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
               perror("socket failed");
               exit(EXIT_FAILURE);
       }

       // Forcefully attaching socket to port 8080
       if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET,
                               SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt,
                               sizeof(opt))) {
               perror("setsockopt");
               exit(EXIT_FAILURE);
       }
       address.sin_family = AF_INET;
       address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
       address.sin_port = htons(PORT);

       // Forcefully attaching socket to port 8080
       if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address,
                       sizeof(address))
               < 0) {
               perror("bind failed");
               exit(EXIT_FAILURE);
       }
       if (listen(server_fd, 3) < 0) {
               perror("listen");
               exit(EXIT_FAILURE);
       }
       if ((new_socket
               = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address,
                               (socklen_t*)&addrlen))
               < 0) {
               perror("accept");
               exit(EXIT_FAILURE);
       }
       valread = read(new_socket, buffer, 1024);
       printf("%s\n", buffer);
       send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
       printf("Hello message sent\n");

       // closing the connected socket
       close(new_socket);
       // closing the listening socket
       shutdown(server_fd, SHUT_RDWR);
       return 0;
}

编译中:

C/C++ Socket编程