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前言

学习 socket 编程的意义在于：它让你掌握计算机之间通信的核心原理，能亲手实现聊天程序、文件传输、简易服务器等网络应用；同时这是理解 TCP/IP 协议、深入系统编程和进入后台开发、分布式系统的基础技能，也是面试和工程实践中必不可少的知识。

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一，socket

socket（套接字） 是操作系统提供的一种 通信机制，最常用于网络通信，在编程时，你可以把它当作 特殊的文件描述符（FD），既能读、也能写，文件用来在本地磁盘读写数据，而 socket 用来在不同主机之间交换数据。你可以把 socket 看作网络文件，只是读写的数据不是在磁盘上，而是发送到网络上的另一个进程。

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二，服务端socket

主要作用：接收客户端请求并回复，服务器端使用socket分为几个阶段：创建 socket -> 绑定地址和端口 -> 等待客户端发送数据 / 监听连接 -> 处理数据或回复 -> 关闭 socket

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3-1 创建socket

socket函数原型

int socket(int domain, int type, int protocol);

• domain：用于选择网络协议协议类型一般有值：AF_INET （IPv4 网络协议），AF_INET6 （IPv6 网络协议），AF_UNIX/AF_LOCAL （本地进程间通信）
• type：指定传输方式，主要有两种：SOCK_STREAM 面向连接，基于字节流（TCP），SOCK_DGRAM 无连接，基于报文（UDP）
• protocol：通常指定具体协议：0 默认协议，IPPROTO_TCP 明确选择 TCP，IPPROTO_UDP 明确选择 UDP

在下面的代码示例中我们会选择：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

创建一个UDP的套接字

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3-2 绑定地址和端口

struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意 IP
servaddr.sin_port = htons(12345);      // 端口
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

上面的struct sockaddr_in servaddr创建一个 IPv4 地址结构体 sockaddr_in，用来保存服务端的 IP 地址和端口信息结构体定义大致如下：

struct sockaddr_in {short            sin_family;   // 地址族 (AF_INET)unsigned short   sin_port;     // 端口号struct in_addr   sin_addr;     // IP 地址char             sin_zero[8];  // 填充为与 struct sockaddr 同大小
};

解释上述代码：

servaddr.sin_family = AF_INET;

设置 地址族为 IPv4 (AF_INET)告诉内核这是一个 IPv4 的 socket

servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意 IP

INADDR_ANY = 0.0.0.0，表示服务端 绑定本机所有可用 IP 地址，如果服务器有多个网卡，客户端发送到任意 IP 都能被接收

servaddr.sin_port = htons(12345); // 端口

设置端口号为 12345，htons = host to network short（主机字节序 → 网络字节序），网络通信使用 大端序，保证不同平台可以正确解析端口

bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

bind() 将 socket 文件描述符 与 IP + 端口 绑定

参数解释：

sockfd：之前 socket() 返回的文件描述符

(struct sockaddr*)&servaddr ： 地址信息，强制类型转换为通用 sockaddr

sizeof(servaddr) ： 结构体大小

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3-3 接收数据

char buffer[100];
struct sockaddr_in cliaddr {};
socklen_t len = sizeof(cliaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr * ) & cliaddr, & len);

这段代码在一个 UDP 服务器程序中，从客户端接收数据，存储到 buffer 中，同时记录客户端的地址信息cliaddr，并返回接收的字节数n。

char buffer[100];

定义一个字符数组 buffer，大小为 100 字节，用来存储从客户端接收的数据

struct sockaddr_in cliaddr {};

定义一个 sockaddr_in 结构体变量 cliaddr，用于存储客户端的地址信息（如 IP 地址和端口号）。{} 初始化所有字段为 0

socklen_t len = sizeof(cliaddr);

定义一个 socklen_t 类型的变量 len，初始化为 cliaddr 的大小（通常 16 字节，struct sockaddr_in 的大小）。

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3-4 回复数据

const char* reply = "Hello Client";sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, len); // 回复

这段代码用与服务器回复客户端信息

其它的不再过多赘述

(struct sockaddr*)&cliaddr：客户端地址结构体，告诉内核消息发送到哪里

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3-5关闭socket

close(sockfd);

不关闭会造成资源泻漏

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3-6 完整代码

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建 UDP socketif (sockfd < 0) { perror("socket"); return -1; }sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;servaddr.sin_port = htons(12345);bind(sockfd, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); // 绑定端口char buffer[100];sockaddr_in cliaddr{};socklen_t len = sizeof(cliaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (sockaddr*)&cliaddr, &len); // 接收消息buffer[n] = '\0';std::cout << "Server received: " << buffer << std::endl;const char* reply = "Hi Client";sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0, (sockaddr*)&cliaddr, len); // 回复客户端close(sockfd);return 0;
}

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三，客户端socket

客户端socket代码我直接展示出来吧，我们理解了服务端之后，客户端是非常好理解的

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建 UDP socketif (sockfd < 0) { perror("socket"); return -1; }sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(12345);servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 本机测试const char* msg = "Hello Server";sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); // 发送消息char buffer[100];socklen_t len = sizeof(servaddr);int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (sockaddr*)&servaddr, &len); // 接收回复buffer[n] = '\0';std::cout << "Client received: " << buffer << std::endl;close(sockfd);return 0;
}

这里的sendto和recvfrom大家应该都懂，主要是这个客户端是如何找到服务端的重要

    sockaddr_in servaddr{};servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(12345);servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 本机测试

在这段代码里的IP地址和端口号是找到服务端的关键

• IP 地址 (127.0.0.1)：告诉客户端要把数据发送到哪个机器。127.0.0.1 表示本机，也就是服务端和客户端在同一台电脑。如果服务端在另一台电脑，你就要写它的真实 IP，例如 192.168.1.100。

• 端口号 (12345)
  服务端在这个端口上监听数据。UDP/TCP 都是靠端口区分不同服务的，就像房子门牌号一样。所以客户端通过 IP, port 就能找到服务端。

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3-1 为什么客户端通常不需要手动定义 IP 和端口

客户端的职责是 主动找服务端，在调用 sendto()时：目标地址（服务端的 IP+端口） 由程序员指定，源地址（客户端的 IP+端口） 不写时由内核自动分配

IP：自动选择一块能到达服务端的本地网卡的 IP

端口：自动分配一个 临时端口，通常在 49152–65535 之间

客户端什么时候需要绑定 IP+端口：如果客户端希望 使用固定端口（比如做 P2P、游戏服务器通知端口），或者有多张网卡，必须指定 用哪张网卡的 IP 去通信，这种情况才会手动调用 bind()