C 语言程序设计（下）——网络编程与套接字

# 1. C 语言网络编程概述

## 1.1 网络编程概念

网络编程是指利用计算机网络在不同计算机之间进行数据交换和通信的程序设计过程。在C语言中，网络编程通常使用套接字（socket）来实现。

## 1.2 C 语言中的网络编程特点

C语言是一种通用的、过程式编程语言，它的网络编程特点在于可以直接访问底层网络协议，并且可以实现高效的网络通信程序。

## 1.3 网络编程基础知识回顾

在进行C语言网络编程之前，需要对计算机网络的基本概念和相关协议有一定的了解。例如，IP协议、TCP协议、UDP协议等基础知识都是进行网络编程的基础。接下来，我们将介绍C语言中套接字的基础知识。

# 2. 套接字基础

### 2.1 套接字概述

套接字（socket）是进行网络通信的一种机制，它定义了一套编程接口，使得不同主机之间能够进行数据传输。套接字提供了一种一对一的通信方式，其中一个套接字用于进行监听、接受连接请求，另一个套接字用于进行实际的数据传输。

### 2.2 套接字类型和创建

套接字可以根据两个维度来进行分类：协议和传输方式。协议包括TCP和UDP，传输方式包括面向连接和无连接。常见的套接字类型有TCP套接字和UDP套接字。

在 C 语言中，我们使用 `socket()` 函数来创建一个套接字对象，该函数接受三个参数：协议域、套接字类型和协议类型。下面是一个创建 TCP 套接字的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
    int sockfd;

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Failed to create socket");
        return 1;
    }

    printf("Socket created successfully\n");

    return 0;
}

### 2.3 套接字地址结构

套接字地址结构用于存储套接字的地址信息，包括主机地址和端口号。在 C 语言中，套接字地址结构的定义如下：

struct sockaddr_in {
    short sin_family;              // 地址族，一般为 AF_INET
    unsigned short sin_port;       // 端口号
    struct in_addr sin_addr;       // IP 地址
    char sin_zero[8];              // 填充字节，使得 sockaddr_in 和 sockaddr 具有相同的大小
};

在使用套接字进行通信之前，需要将服务器端的套接字地址和客户端的套接字地址分别设置好。下面是一个设置套接字地址的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Failed to create socket");
        return 1;
    }

    // 设置服务器地址
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8080);  // 设置端口号为 8080
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 其他设置...

    printf("Socket address set successfully\n");

    return 0;
}

### 2.4 基于套接字的通信流程

套接字提供了一种全双工、可靠的通信方式，其中包括客户端和服务器端。通信的流程一般分为以下几个步骤：

1. 创建套接字：使用 `socket()` 函数创建一个套接字对象。
2. 设置套接字地址：使用 `bind()` 函数将套接字地址和套接字绑定。
3. 监听连接请求：对于服务器端，使用 `listen()` 函数监听连接请求。
4. 处理连接请求：对于服务器端，使用 `accept()` 函数接受客户端的连接请求。
5. 数据传输：使用 `send()` 和 `recv()` 函数进行数据的发送和接收。
6. 关闭套接字：使用 `close()` 函数关闭套接字。

下面是一个简单的服务器端示例代码，演示了一个基于TCP的套接字通信的流程：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int sockfd, client_sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_len;
    char buffer[1024];

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Failed to create socket");
        return 1;
    }

    // 设置服务器地址
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8080);
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 绑定套接字地址和套接字
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Failed to bind socket");
        return 1;
    }

    // 监听连接请求
    if (listen(sockfd, 5) < 0) {
        perror("Failed to listen");
        return 1;
    }

    printf("Server started, waiting for connections...\n");

    while (1) {
        // 接受连接请求
        client_len = sizeof(client_addr);
        client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        if (client_sockfd < 0) {
            perror("Failed to accept");