C 语言 Socket 编程

Socket（套接字）是程序与网络之间的接口。一个程序当服务器、监听端口，另一个当客户端、主动连上来，两边用 socket 收发数据，聊天、网页、流媒体背后全是这套。下面讲 C 语言里 socket 怎么建、怎么连、怎么传数据。

什么是 Socket

Socket 是 IP 地址 + 端口号组合出来的一个网络端点，比如 192.168.1.1:8080。客户端和服务器各持一个 socket，通过它们交换数据。

按传输协议分两类：

• TCP Socket（流式）：面向连接、可靠，数据按序到达，像打电话。
• UDP Socket（数据报）：无连接、快但可能丢包，像发快递。

下面先用一个最小例子感受全流程，服务器收一句"Hello from client"，回一句"Hello from server"。

完整示例：TCP 服务器与客户端

server.c：建服务器

#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#define PORT 8080

int main(int argc, char const* argv[]) {
    int server_fd, new_socket;
    ssize_t valread;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    socklen_t addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = { 0 };
    char* hello = "Hello from server";

    /* 1. 创建 socket 文件描述符 */
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 2. 允许地址端口复用，避免重启时报 address already in use */
    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);

    /* 3. 绑定地址和端口 */
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address,
             sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 4. 进入监听状态，等待连接 */
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 5. 接受一个客户端的连接 */
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address,
                             &addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 6. 读客户端发来的数据，再回一句 */
    valread = read(new_socket, buffer, 1024 - 1);
    printf("%s\n", buffer);
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    /* 7. 关闭连接和监听 socket */
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

client.c：连服务器

#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#define PORT 8080

int main(int argc, char const* argv[]) {
    int status, valread, client_fd;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char* hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = { 0 };

    /* 1. 创建 socket */
    if ((client_fd = 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);

    /* 2. 把字符串形式的 IP 转成二进制 */
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    /* 3. 主动连接服务器 */
    if ((status = connect(client_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr,
                          sizeof(serv_addr))) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    /* 4. 发数据、收回复 */
    send(client_fd, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");
    valread = read(client_fd, buffer, 1024 - 1);
    printf("%s\n", buffer);

    /* 5. 关闭连接 */
    close(client_fd);
    return 0;
}

编译并运行：

gcc server.c -o server
gcc client.c -o client

./server   &   # 终端 1 先跑服务器
./client      # 终端 2 跑客户端

输出：

客户端：Hello message sent
        Hello from server
服务器：Hello from client
        Hello message sent

服务器端七步走

1. socket()：创建 socket，拿到一个文件描述符。
2. setsockopt()（可选）：设置选项，比如 SO_REUSEADDR 避免"address already in use"。
3. bind()：把 socket 绑到指定 IP 和端口。
4. listen()：进入被动监听，等待客户端连接；backlog 是等待队列长度。
5. accept()：从队列里取出一个连接请求，返回一个新的 socket 描述符用于通信。
6. send() / recv()：用新 socket 收发数据。
7. close()：通信完毕关闭 socket，释放资源。

核心调用签名：

sockfd = socket(domain, type, protocol);
setsockopt(sockfd, level, optname, optval, optlen);
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, addrlen);
listen(sockfd, backlog);
new_socket = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
send(sockfd, buf, len, flags);
recv(sockfd, buf, len, flags);
close(fd);

其中 domain 常用 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）；type 用 SOCK_STREAM（TCP）或 SOCK_DGRAM（UDP）；protocol 一般传 0 表示让系统选默认。

客户端四步走

1. socket()：和服务器一样先建 socket。
2. connect()：用服务器地址和端口发起连接，指定 sockaddr 里存服务器的 IP 和端口。
3. send() / recv()：和服务器收发数据。
4. close()：通信完毕关闭。

UDP 与 TCP 的差异

UDP 不需要 bind 监听，直接 sendto() / recvfrom() 带上目标地址就能收发。

常见问题与排查

• 连接失败：确认客户端连的 IP 和端口与服务器绑定的一致。
• 端口占用：bind 报错"address already in use"，换端口或等旧进程释放，也可用 SO_REUSEADDR。
• 阻塞卡住：socket 默认是阻塞的，accept()/recv() 没有连接或数据时会一直等。需要时可把 socket 设成非阻塞。

socket 编程的核心就七个系统调用：socket、bind、listen、accept、send、recv、close。服务器把这七步走一遍，客户端走简化版，网络通信就跑起来了。