深入理解Socket编程：构建简单的计算器服务器
一、Socket通信基础
1. Socket通信基本流程
服务器端流程：
-
创建Socket (
socket()) -
绑定地址和端口 (
bind()) -
监听连接 (
listen()) -
接受连接 (
accept()) -
数据通信 (
read()/write()) -
关闭连接 (
close())
客户端流程：
-
创建Socket (
socket()) -
连接服务器 (
connect()) -
数据通信 (
read()/write()) -
关闭连接 (
close())
2. 关键数据结构
struct sockaddr_in 用于存储IPv4地址信息：
struct sockaddr_in {
short sin_family; // 地址族，如AF_INET
unsigned short sin_port; // 端口号
struct in_addr sin_addr; // IP地址
char sin_zero[8]; // 填充字段
};
struct in_addr {
unsigned long s_addr; // 32位IPv4地址
};
二、服务器代码详解
1. 头文件引入
#include// 标准输入输出 #include // 标准库函数 #include // 字符串处理 #include // POSIX系统调用 #include // 系统数据类型 #include // Socket相关函数 #include // Internet地址族
这些头文件提供了Socket编程所需的基本功能。
2. 错误处理函数
void error(const char *msg) {
perror(msg); // 打印错误信息
exit(1); // 异常退出
}
perror()会根据全局变量errno打印描述性错误信息。
3. 主函数结构
int main(int argc, char *argv[]) {
if(argc < 2) {
fprintf(stderr,"Port no not provided, Program terminated");
exit(1);
}
// ... 其余代码
}
检查命令行参数，确保提供了端口号。
4. 变量声明
int sockfd, newsockfd, portno; char buffer[255]; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; socklen_t clilen;
sockfd: 监听Socket的文件描述符
newsockfd: 与客户端通信的Socket文件描述符
serv_addr/cli_addr: 服务器/客户端地址信息
clilen: 客户端地址结构长度
5. 创建Socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sockfd < 0) { error("Error opening Socket."); }
socket()函数参数：
AF_INET: IPv4地址族
SOCK_STREAM: 面向连接的TCP Socket
0: 默认协议(TCP)
6. 初始化服务器地址
bzero((char *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); portno = atoi(argv[1]); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(portno);
-
bzero(): 清零内存区域 -
INADDR_ANY: 监听所有网络接口 -
htons(): 将端口号转换为网络字节序(大端)
7. 绑定Socket
if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
error("Binding Failed.");
bind()将Socket与地址和端口绑定。
8. 监听连接
listen(sockfd,5);
listen()开始监听连接，参数5指定等待连接队列的最大长度。
9. 接受连接
newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr,&clilen);
if(newsockfd < 0)
error("Error on Accept");
accept()接受客户端连接，返回新的Socket文件描述符用于通信。
10. 计算器业务逻辑
int num1, num2, ans, choice,n;
S: n = write(newsockfd,"Enter Number 1 : ",strlen("Enter Number 1"));
if (n < 0) error("Error writing to socket");
read(newsockfd, &num1, sizeof(int));
printf("Client - Number 1 is : %d
",num1);
// ... 类似处理num2和choice
switch (choice) {
case 1:
ans = num1 + num2;
break;
case 2:
ans = num1 - num2;
break;
case 3:
ans = num1 * num2;
break;
case 4:
ans = num1 / num2;
break;
case 5:
goto Q;
break;
}
write(newsockfd,&ans,sizeof(int));
if(choice != 5)
goto S;
这里实现了简单的计算器功能，使用goto实现循环逻辑。
11. 关闭连接
Q: close(newsockfd); close(sockfd); return 0;
三、关键函数深度解析
1. socket()
int socket(int domain, int type, int protocol);
-
功能：创建通信端点
-
参数：
-
domain: 通信域(AF_INET, AF_INET6等) -
type: 通信语义(SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM等) -
protocol: 通常为0，表示默认协议
-
-
返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
2. bind()
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
-
功能：将Socket与地址绑定
-
参数：
-
sockfd: Socket文件描述符 -
addr: 指向地址结构的指针 -
addrlen: 地址结构大小
-
-
返回值：成功返回0，失败返回-1
3. listen()
int listen(int sockfd, int backlog);
-
功能：开始监听连接请求
-
参数：
-
sockfd: Socket文件描述符 -
backlog: 等待连接队列的最大长度
-
-
返回值：成功返回0，失败返回-1
4. accept()
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
-
功能：接受连接请求
-
参数：
-
addr: 用于存储客户端地址 -
addrlen: 地址结构大小
-
-
返回值：成功返回新的Socket文件描述符，失败返回-1
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc < 2)
{
fprintf(stderr,"Port no not provided, Program terminated");
exit(1);
}
int sockfd, newsockfd, portno;
char buffer[255];
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
socklen_t clilen;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
error ("Error opening Socket.");
}
bzero((char *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[1]);
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if(bind(sockfd , (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
error("Binding Failed.");
listen(sockfd,5);
clilen = sizeof(cli_addr);
newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr,&clilen);
if(newsockfd < 0)
error("Error on Accept");
int num1, num2, ans, choice,n;
S: n = write(newsockfd,"Enter Number 1 : ",strlen("Enter Number 1"));
if (n < 0) error("Error writing to socket");
read(newsockfd, &num1, sizeof(int));
printf("Client - Number 1 is : %d
",num1);
n = write(newsockfd,"Enter Number 2 : ",strlen("Enter Number 2"));
if (n < 0) error("Error writing to socket");
read(newsockfd, &num2, sizeof(int));
printf("Client - Number 2 is : %d
",num2);
n = write(newsockfd,"Enter your choice:
1.Addition
2.subtraction
3.Multiplication
4.Division
5.Exit
",strlen("Enter your choice:
1.Addition
2.subtraction
3.Multiplication
4.Division
5.Exit
"));
if(n < 0) error("ERROR writing to socket");
read(newsockfd, &choice, sizeof(int));
printf("Client - choice is :%d
",choice);
switch (choice)
{
case 1:
ans = num1 + num2;
break;
case 2:
ans = num1 - num2;
break;
case 3:
ans = num1 * num2;
break;
case 4:
ans = num1 / num2;
break;
case 5:
goto Q;
break;
}
write(newsockfd,&ans,sizeof(int));
if(choice != 5)
goto S;
Q:
close(newsockfd);
close(sockfd);
return 0;
} /*
filename server_ipaddress portno
argc[0] filename
argv[1] serve_ipaddress
argv[2] portno
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void error(const char *msg)
{
perror(msg);
exit(0);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, portno, n;
char buffer[256];
struct sockaddr_in serv_addr;
struct hostent *server;
if (argc < 3)
{
fprintf(stderr, "usage %s hostname port
", argv[0]);
exit(1);
}
portno = atoi(argv[2]);
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
error ("Error opening Socket.");
}
server = gethostbyname(argv[1]);
if(server == NULL)
{
fprintf(stderr, "Error,no such host");
}
bzero((char *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
bcopy((char *)server->h_addr, (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr, server->h_length);
serv_addr.sin_port = htons(portno);
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
{
error("Connection Failed");
}
int num1, num2, choice, ans;
S:
bzero(buffer,256);
n = read (sockfd, buffer, 255);
if( n < 0 )
error("ERROR reading from socket");
printf("Server - %s
",buffer);
scanf("%d",&num1);
write(sockfd, &num1,sizeof(int));
bzero(buffer,256);
n = read (sockfd, buffer, 255);
if( n < 0 )
error("ERROR reading from socket");
printf("Server - %s
",buffer);
scanf("%d",&num2);
write(sockfd, &num2,sizeof(int));
bzero(buffer,256);
n = read (sockfd, buffer, 255);
if( n < 0 )
error("ERROR reading from socket");
printf("Server - %s
",buffer);
scanf("%d",&choice);
write(sockfd, &choice,sizeof(int));
if (choice == 5)
goto Q;
read(sockfd, &ans ,sizeof(int));
printf("Server- The answer is :%d
",ans);
if(choice !=5)
goto S;
Q:
printf("You have selected to exit.Exit Successful");
close(sockfd);
return 0;
}
一、函数参数记忆框架（TCP Socket版）
1. 核心思维："3W1H"模型
-
Where (地址相关)：
sockaddr_in,addrlen -
What (数据相关)：
buffer,strlen -
Which (标识符)：
sockfd,newsockfd -
How (方式)：
flags(通常填0)
2. 函数参数速记表
| 函数 | 参数顺序助记口诀 | 必须记住的参数 |
|---|---|---|
socket() | "家-门-钥匙" | AF_INET, SOCK_STREAM, 0 |
bind() | "门牌-地址本-地址长度" | sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr) |
listen() | "门牌-候客室大小" | sockfd, 5 (backlog) |
accept() | "门牌-客户登记表-表长度" | sockfd, cli_addr, &clilen |
connect() | "门牌-目的地地址-地址长度" | sockfd, serv_addr, sizeof(serv_addr) |
read()/write() | "信箱-纸条-纸条大小" | newsockfd, buffer, sizeof(buffer) |
二、参数分类记忆法
1. 地址家族三件套
serv_addr.sin_family = AF_INET; // IPv4 serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 所有IP serv_addr.sin_port = htons(portno); // 端口转换
-
记忆口诀："家-门-方向牌"（family-address-port）
2. 类型转换四重奏
// 指针转换 (struct sockaddr*)&serv_addr // 字节序转换 htons() // host to network short htonl() // host to network long ntohs() // network to host short ntohl() // network to host long
-
记忆技巧："h→n是出门，n→h是回家"
三、实战填参模板
1. 服务端标准流程
// 1. 创建socket（三固定参数） int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 2. 绑定地址（结构体强制转换） bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); // 3. 接受连接（注意&clilen） accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &clilen);
2. 客户端连接模板
connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
四、常见参数填错场景
| 错误场景 | 正确写法 | 记忆要点 |
|---|---|---|
| 忘记地址结构体转换 | (struct sockaddr*)&serv_addr | "套外套"法则 |
| 传值 vs 传地址混淆 | &clilen 而不是 clilen | accept()要修改长度值 |
| 字节序未转换 | htons(portno) | 所有网络传输的数据都要转换 |
| buffer大小计算错误 | read(fd, buf, sizeof(buf)) | 用sizeof而不是strlen |
五、调试技巧
-
参数检查清单：
-
所有网络字节序转换了吗？
-
地址结构体转换了吗？
-
长度参数传地址了吗？
-
错误处理都写了吗？
-
-
GDB调试命令：
(gdb) p serv_addr # 查看地址结构体 (gdb) p &serv_addr # 确认指针类型
六、类比记忆法
| 函数 | 现实类比 | 关键参数对应关系 |
|---|---|---|
socket() | 买手机 | 手机类型=AF_INET |
bind() | 办手机卡 | 电话号码=portno |
listen() | 开机 | 最大未接来电=backlog |
accept() | 接听来电 | 来电显示=cli_addr |
connect() | 拨打电话 | 对方号码=serv_addr |
七、进阶记忆法（协议栈层次）
应用层：buffer数据 传输层：SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM 网络层：AF_INET/AF_INET6 链路层：系统自动处理
记住：从上到下越来越底层，从下到上越来越抽象
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