C 语言 Socket 编程

套接字（socket）是应用层与传输层之间的编程接口，通过 IP 地址与端口号标识通信端点。服务器在端口上监听，客户端发起连接后双方即可收发字节流。下列示例基于 POSIX 套接字 API（Linux 等）；与错误处理、多线程结合可构建并发网络服务。

套接字的概念

套接字可视为网络通信的句柄。按协议划分常见两类：

• TCP（流式套接字）：面向连接、可靠、按序传输字节流。
• UDP（数据报套接字）：无连接，不保证送达与顺序，开销较低。

以下以 TCP 为例：客户端发送 Hello from client，服务器回复 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

服务器端步骤

1. socket()：创建套接字，获得文件描述符。
2. setsockopt()（可选）：如 SO_REUSEADDR 便于快速重启服务。
3. bind()：绑定本地 IP 与端口。
4. listen()：标记为被动监听；backlog 为等待队列长度。
5. accept()：接受连接，返回用于通信的新描述符。
6. send() / recv()（或 read/write）：在新描述符上收发数据。
7. close()：关闭描述符，释放资源。

相关原型：

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);

domain 常用 AF_INET（IPv4）；type 为 SOCK_STREAM（TCP）或 SOCK_DGRAM（UDP）；protocol 常传 0 由系统选择默认协议。

客户端步骤

1. socket()：创建套接字。
2. connect()：向服务器地址发起连接。
3. send() / recv()：交换数据。
4. close()：关闭连接。

UDP 与 TCP 对比

UDP 常用 sendto / recvfrom 并在每次调用中指定对端地址，无需 listen / accept。

常见问题

• 连接失败：确认客户端目标 IP、端口与服务器 bind 一致，防火墙未阻断。
• address already in use：端口仍被占用，可等待释放或设置 SO_REUSEADDR。
• 阻塞：默认套接字为阻塞模式，accept、recv 无数据时会等待；可按需设为非阻塞或配合 select / poll。

本节介绍了 TCP 套接字的基本流程。继续深入时可结合C11 泛型选择等语言特性组织协议解析与工具库；多连接场景宜结合线程或事件驱动模型设计。