SOCKET应用实例

这里给出两个编程实例代码，一个是面向流式套接字c/s例子，一个是非阻塞的多人聊天服务器示例。

1.面向流式套接字c/s例子

准备

打开Ubuntu、远程连接树莓派，分别在树莓派和Ubuntu上编写服务端和客户端代码并编译。
ubuntu:

mkdir daima  //创建文件夹
cd daima  //进入文件夹
gedit server.c  //创建 server.c 文件
gcc server.c -o server

树莓派

mkdir daima  //创建文件夹
cd daima  //进入文件夹
nano client.c  //创建 client.c 文件
gcc client.c -o client

先运行服务端（server）后运行客户端(client)。

代码

client.c

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

#define PORT "9090"  //the port client will be connecting to
#define MAXDATASIZE 100  //max number of bytes we can get at once

//get sockaddr, IPv4 or IPv6
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sockfd, numbytes;
	char buf[MAXDATASIZE];
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	/*
	typedef struct addrinfo { 
    		int ai_flags;        //AI_PASSIVE,AI_CANONNAME,AI_NUMERICHOST 
    		int ai_family;        //AF_INET,AF_INET6 
    		int ai_socktype;    //SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM 
    		int ai_protocol;    //IPPROTO_IP, IPPROTO_IPV4, IPPROTO_IPV6 etc. 
    		size_t ai_addrlen;            //must be zero or a null pointer 
    		char* ai_canonname;            //must be zero or a null pointer 
    		struct sockaddr* ai_addr;    //must be zero or a null pointer 
    		struct addrinfo* ai_next;    //must be zero or a null pointer 
	}
	其中ai_flags、ai_family、ai_socktype说明如下： 
	参数		取值			值	说明 
	ai_family	AF_INET			2	IPv4 
				AF_INET6		23	IPv6 
				AF_UNSPEC		0	协议无关 
	ai_protocol	IPPROTO_IP		0	IP协议 
				IPPROTO_IPV4    4   IPv4 
		        IPPROTO_IPV6    41  IPv6 
		        IPPROTO_UDP     17  UDP 
		        IPPROTO_TCP     6   TCP 
	ai_socktype SOCK_STREAM     1   流 
                SOCK_DGRAM      2   数据报 
	ai_flags    AI_PASSIVE      1   被动的，用于bind，通常用于server socket 
                AI_CANONNAME    2 
                AI_NUMERICHOST  4   地址为数字串 
	*/
	int rv;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
	//如果命令行参数不等于 2 ，则执行下面的语句
	if(argc != 2)
	{
		fprintf(stderr, "usage:client hostname\n");  //打印错误消息
		exit(1);  //退出
	}
	//将hints内存的内容置 0
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	//设置协议无关
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	//设置套接为流
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	/*
	int getaddrinfo( const char *hostname, const char *service, 
		const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result );
	参数说明
	hostname:一个主机名或者地址串(IPv4的点分十进制串或者IPv6的16进制串)
	service：服务名可以是十进制的端口号，也可以是已定义的服务名称，如ftp、http等
	hints：可以是一个空指针，也可以是一个指向某个addrinfo结构体的指针，
		调用者在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示。
		举例来说：指定的服务既可支持TCP也可支持UDP，
		所以调用者可以把hints结构中的ai_socktype成员设置成SOCK_DGRAM，
		使得返回的仅仅是适用于数据报套接口的信息。
	result：本函数通过result指针参数返回一个指向addrinfo结构体链表的指针。
	返回值：0——成功，非0——出错

	getaddrinfo 函数能够处理名字到地址以及服务到端口这两种转换，
		返回的是一个sockaddr结构的链表而不是一个地址清单。
		这些sockaddr结构随后可由套接口函数直接使用。
		如此一来，getaddrinfo函数把协议相关性安全隐藏在这个库函数内部。
		应用程序只要处理由getaddrinfo函数填写的套接口地址结构。
	*/
	if((rv = getaddrinfo(argv[1], PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n",gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	//遍历所有返回结果并链接到第一个成功连接的套接
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		//创建一个套接字
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("client:socket");
			continue;
		}
		//连接状态判断
		if(connect(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("client:connect");
			continue;
		}
		//如果创建套接字成功且连接成功，则退出循环
		break;
	}
	//如果套接口地址为空，则打印结果
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "client:failed to connect\n");
		return 2;
	}
	//inet_ntop 函数可以将 IP 地址在“点分十进制”和“整数”之间转换
	inet_ntop(p->ai_family, get_in_addr((struct sockaddr*)p->ai_addr), s, sizeof s);
	printf("client:connecting to %s\n",s);
	//freeaddrinfo 函数释放 getaddriinfo 函数返回的存储空间
	freeaddrinfo(servinfo);
	//recv 函数用于判断缓冲区数据传输的状态，传输异常则打印消息比并退出
	if((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE-1, 0)) == -1)
	{
		perror("recv");
		exit(1);
	}
	//将字符数组的最后一位置 \0 ，用于后面一次性输出
	buf[numbytes] = '\0';
	printf("client:received %s\n",buf);
	close(sockfd);
	return 0;
}

server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#define PORT "9090"  //the port users will be connecting to
#define BACKLOG 10  //how many pending connections queue will hold
void sigchld_handler(int s)
{
	//Waitpid temporarily stops the execution of the current process until a signal arrives or the child process terminates.
	while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}
//get sockaddr, IPv4 or IPv6:
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}
int main(void)
{
	int sockfd, new_fd;  //listen on sock_fd,new connection on new_fd
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	struct sockaddr_storage their_addr;  //connector's address information
	socklen_t sin_size;
	//The data type "socklen_t" and int should have the same length. 
	//Otherwise, you break the padding of the BSD socket layer.
	struct sigaction sa;
	//Sigaction is a function that can be used to query or set up signal processing
	int yes = 1;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
	int rv;
	//Set the Hints memory to zero
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	hints.ai_flags = AI_PASSIVE;  //use my IP
	if((rv = getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n", gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	//loop through all the results and bind to the first we can
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("server:socket");
			continue;
		}
		if(setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1)
		{
			perror("setsockopt");
			exit(1);
		}
		if(bind(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("server:bind");
			continue;
		}
		break;
	}
	//If the pointer P is null, an error message is printed
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "server:failed to bind\n");
		return 2;
	}
	//all done with this structure
	freeaddrinfo(servinfo);
	/*
	Leave a socket in the state of listening for incoming connection requests
	If the listening fails, exit
	*/
	if(listen(sockfd, BACKLOG) == -1)
	{
		perror("listen");
		exit(1);
	}
	sa.sa_handler = sigchld_handler;  //reap all dead processes
	sigemptyset(&sa.sa_mask);
	sa.sa_flags = SA_RESTART;
	if(sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1)
	{
		perror("sigaction");
		exit(1);
	}
	printf("server:waiting for connections...\n");
	//main accept() loop
	while(1) 
	{
		sin_size = sizeof their_addr;
		new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&their_addr, &sin_size);
		if(new_fd == -1)
		{
			perror("accept");
			continue;
		}
		inet_ntop(their_addr.ss_family, get_in_addr((struct sockaddr*)&their_addr), s, sizeof s);
		printf("server:got connection from %s\n",s);
		if(!fork())  //this is the child process
		{
			close(sockfd);  //child doesn't need the listener
			if(send(new_fd, "Hello,world!", 13, 0) == -1)
				perror("send");
			close(new_fd);
			exit(0);
		}
		close(new_fd);  //parent doesn't need this
	}
	return 0;
}

运行结果：

2.非阻塞的多人聊天服务器端

至少准备三个（Ubuntu 或者 树莓派）Linux 系统：一个充当服务器端，另外两个充当客户端（必须连上同一个手机热点）

代码

server

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

#define PORT "9090"  //port we're listening on
//get sockaddr,IPv4 or IPv6:
//sockaddr 结构体：存储参与（IP）Windows/linux套接字通信的计算机上的一个internet协议（IP）地址
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
    if(sa->sa_family == AF_INET){
        return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
    }
    return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

int main(void)
{
    fd_set master;  //主文件描述符列表
    fd_set read_fds;  //select() 的临时文件描述符列表
    /*
    当调用 select() 时，由内核根据 IO 状态修改 fd_set 的内容
    由此来通知执行了 select() 的进程哪一 socket 或文件发生了可读或可写事件
    */
    int fdmax;  //最大文件描述符
    int listener;  //监听套接字描述符
    int newfd;  //新接受的套接字描述符
    //sockaddr_storage 结构体：存储套接字地址信息
    struct sockaddr_storage remoteaddr;  //客户端地址
    socklen_t addrlen;//socklen_t 和 int 相同长度的一种类型

    char buf[256];  //用于客户端数据的缓冲区
    int nbytes;

    int yes=1;  //for setsockopt() SO_REUSEADDR,below
    int i,j,rv;
    char remoteIP[INET_ADDRSTRLEN];

    struct addrinfo hints,*ai,*p;  //地址信息结构体

    FD_ZERO(&master);  //清除主文件描述符列表
    FD_ZERO(&read_fds);  //清楚临时文件描述符列表

    //给我们一个套接字并绑定它
    memset(&hints, 0, sizeof hints);  //地址信息置零
    hints.ai_family = AF_UNSPEC;  //AF_UNSPEC（协议无关）
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;  //SOCK_STREAM（流）
    hints.ai_flags = AI_PASSIVE;  //AI_PASSIVE（被动的，用于 bind）
    if((rv = getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &ai)) != 0)
    {
        fprintf(stderr, "selectserver:%s\n", gai_strerror(rv));
        exit(1);
    }

    //遍历所有的结果
    for(p = ai; p != NULL; p = p->ai_next)
    {
        //创建套接字并赋值给 listener 套接字描述符
        listener = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol);
        if(listener < 0)
        {
            continue;
        }
        //setsockope 函数用于任意类型、任意状态套接字的设置选项
        setsockopt(listener, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int));
        /*
        bind 函数：用于未连接的数据报或流类套接口，把一本地址与一套接口捆绑
        在 connect() 或 listen() 调用前使用
        */
        if(bind(listener, p->ai_addr, p->ai_addrlen) < 0)
        {
            close(listener);
            continue;
        }
        break;
    }

    if(p == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "selectserver:failed to bind\n");
        exit(2);
    }

    //到了这里，意味着服务器的地址和端口绑定完成，可以释放 ai 的内存
    freeaddrinfo(ai);  

    /*
    listen 函数：创建一个套接口并监听申请的连接.
    参数一：用于标识一个已捆绑未连接套接口的描述符
    参数二：等待连接队列的最大长度（这里是 10）
    */
    if(listen(listener, 10) == -1)
    {
        perror("listen");
        exit(3);
    }

    //将侦听器添加到主文件
    FD_SET(listener, &master);

    //跟踪最大的文件描述符
    fdmax = listener;  //到目前为止，是这个

    //主循环
    for(;;)
    {
        read_fds = master;  //将主文件描述符表复制到临时文件描述符表

        /*
        select 函数：确定一个或多个套接口的状态，如需要则等待。
        原型：int select( int nfds, fd_set FAR* readfds,　fd_set * writefds, 
                         fd_set * exceptfds,　const struct timeval * timeout);
        nfds：是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，
              不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。
        readfds：（可选）指针，指向一组等待可读性检查的套接口。
        writefds：（可选）指针，指向一组等待可写性检查的套接口。
        exceptfds：（可选）指针，指向一组等待错误检查的套接口。
        timeout：select()最多等待时间，对阻塞操作则为 NULL。
        */
        if(select(fdmax + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL) == -1)
        {
            perror("select");
            exit(4);
        }

        //运行现有的连接，查找要读取的数据
        for(i = 0; i <= fdmax; i++)
        {
            /*
            宏原型：int FD_ISSET（int fd,fd_set *fdset）
            在调用 selelct() 函数后，用 FD_ISSET 来检测 fd 在 fdset 集合中的状态是否变化
            返回整形，当检测到 fd 状态发生变化时返回真，否则返回假
            */
            if(FD_ISSET(i, &read_fds))  //得到了一个连接
            {
                if(i == listener)//如果新连接为最大文件描述符
                {
                    //处理新连接
                    addrlen = sizeof remoteaddr;
                    newfd = accept(listener, (struct sockaddr *)&remoteaddr, &addrlen);

                    if(newfd == -1)
                    {
                        perror("accept");
                    }
                    else
                    {
                        FD_SET(newfd, &master);  //添加到主文件描述符列表
                        if(newfd > fdmax)  //记录最大值
                        {
                            fdmax = newfd;
                        }
                        printf("selectserver:new connection from %s on socket %d\n", inet_ntop(remoteaddr.ss_family, get_in_addr((struct sockaddr*)&remoteaddr), remoteIP, INET_ADDRSTRLEN), newfd);
                    }
                }
                else
                {
                    //处理来自客户端的数据
                    if((nbytes = recv(i, buf, sizeof buf, 0)) <= 0)
                    {
                        //出现错误或连接被客户端关闭
                        if(nbytes == 0)
                        {
                            //连接关闭了
                            printf("selectserver:socket %d hung up\n", i);
                        }
                        else
                        {
                            perror("recv");
                        }
                        close(i); //关闭
                        FD_CLR(i, &master);  //从主文件描述符列表中删除
                    }
                    else
                    {
                        //我们从一个客户那里得到了一些数据
                        for(j =0; j <= fdmax; j++)
                        {
			    			//发给大家！
                            if(FD_ISSET(j, &master))
                            {
                                //除了监听器和我们自己
                                if(j != listener && j != i)
                                {
                                    if(send(j, buf, nbytes, 0) == -1)
                                    {
                                        perror("send");
                                    }
                                }
                            }
                        }
                    }
                }  //END handle from client
            }  //END got new incoming connection
        }  //END looping through file descriptors
    }  //END for(;;)--and you thought it would never end!
    return 0;
}

client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <syspes.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>

#define PORT "9090"  //the port client will be connecting to
#define MAXDATASIZE 100  //max number of bytes we can get at once

int sockfd, numbytes;
char buf[MAXDATASIZE];

//get sockaddr, IPv4 or IPv6
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
	if(sa->sa_family == AF_INET)
	{
		return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
	}
	return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}

void *recvMag()
{
    while(1)
    {
        if((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE-1, 0)) == -1)
	{
		perror("recv");
		exit(1);
	}
	if(numbytes == 1)
		continue;
	buf[numbytes] = '\0';
	printf("\nreceived：%s\n",buf);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
	int rv;
	char s[INET6_ADDRSTRLEN];
    pthread_t t1;
    char mag[MAXDATASIZE];

	if(argc != 2)
	{
		fprintf(stderr, "usage:client hostname\n");
		exit(1);
	}
	memset(&hints, 0, sizeof hints);
	hints.ai_family = AF_UNSPEC;
	hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
	if((rv = getaddrinfo(argv[1], PORT, &hints, &servinfo)) != 0)
	{
		fprintf(stderr, "getaddrinfo:%s\n",gai_strerror(rv));
		return 1;
	}
	for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next)
	{
		if((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1)
		{
			perror("client:socket");
			continue;
		}
		if(connect(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1)
		{
			close(sockfd);
			perror("client:connect");
			continue;
		}
		break;
	}
	if(p == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "client:failed to connect\n");
		return 2;
	}
	inet_ntop(p->ai_family, get_in_addr((struct sockaddr*)p->ai_addr), s, sizeof s);
	printf("client:connecting to %s\n",s);
	freeaddrinfo(servinfo);

    int err = pthread_create(&t1, NULL, recvMag, NULL);
	if(err != 0)
	{
		printf("receive failed");
		exit(1);
	}
    
	while(1)
	{
        scanf("%s", mag);
        if(send(sockfd, mag, sizeof mag, 0) == -1)
        {
            printf("send failed!\n");
        }
	}
	//close(sockfd);
	return 0;
}