C(C++)网络编程（服务器单线程）

详细介绍如何在 C/C++ 中使用 TCP 协议实现客户端和服务器之间的网络通信。网络编程在现代软件开发中非常重要，尤其是开发分布式系统、实时应用程序或客户端-服务器架构时，掌握 TCP 网络通信的基本知识和操作流程是必不可少的。

目录

1. 网络通信的基础知识
2. TCP 协议简介
3. 客户端与服务器端的通信流程
4. 代码案例讲解
   • 客户端代码
   • 服务器端代码
5. 总结

1. 网络通信的基础知识

网络通信指的是两台或多台计算机通过网络互相传递数据的过程。通常有两种通信模式：

• 面向连接的通信（如 TCP）
• 无连接的通信（如 UDP）

在面向连接的通信中，双方在发送数据之前首先需要建立一个可靠的连接。TCP 就是面向连接的协议，它确保数据的传输是可靠的。

2. TCP 协议简介

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议） 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的协议。在 TCP 协议中，数据的传输过程如下：

1. 建立连接：客户端和服务器端进行三次握手，建立可靠的连接。
2. 数据传输：在连接建立之后，数据以流的方式进行传输，TCP 会确保数据的完整性和顺序。
3. 断开连接：通信结束后，双方通过四次挥手断开连接。

3. 客户端与服务器端的通信流程

TCP 通信一般分为两部分：服务器端 和 客户端。

• 服务器端：

  1. 创建套接字（socket）
  2. 绑定 IP 地址和端口号
  3. 监听连接请求
  4. 接受客户端的连接
  5. 进行数据的收发
  6. 关闭连接

• 客户端：

  1. 创建套接字
  2. 连接到服务器
  3. 进行数据的收发
  4. 关闭连接

下面我们将通过代码案例来详细说明每一步的实现。

4. 代码案例讲解

4.1 客户端代码

客户端的功能主要是连接服务器，并向服务器发送数据。以下是一个简单的客户端代码示例：

用于通信的结构体定义：

#include<iostream> #include<cstring> #include<arpa/inet.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h>  //客户端代码 int main() {     // 1. 创建通信的套接字     int fd_lis = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);     if(fd_lis == -1) {         perror("socket_listen error!");         return -1;     }      // 2. 链接服务器的IP和端口     struct sockaddr_in saddr;     saddr.sin_family = AF_INET;     saddr.sin_port = htons(9999);     inet_pton(AF_INET, "192.168.159.129", &saddr.sin_addr.s_addr);      // 3. 连接服务器     int ret = connect(fd_lis, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));     if(ret == -1) {         perror("connect_error");         return -1;     }      // 4. 开始通信     int number = 0;     while (1) {         std::cout << "客户端发送了信息" << std::endl;         char buff[1024];         sprintf(buff, "你好，hello world,%d...\n", number++);         send(fd_lis, &buff, sizeof(buff), 0);         memset(buff, 0, sizeof(buff));         int len = recv(fd_lis, &buff, sizeof(buff), 0);         if(len > 0) {             std::cout << "server says: " << buff << std::endl;         } else if (len == 0) {             // 通信结束             break;         } else {             perror("recv_error");             break;         }         sleep(1);     }      // 5. 关闭套接字     close(fd_lis);     return 0; } 

客户端代码说明：

1. 创建套接字：socket() 函数用于创建套接字，使用 IPV4 协议（AF_INET），流式传输（SOCK_STREAM），并指定使用 TCP 协议（0）。
2. 指定服务器地址和端口：struct sockaddr_in 用于指定服务器的 IP 地址和端口，htons(9999) 将端口号转为网络字节序，inet_pton 函数将字符串形式的 IP 地址转换为二进制形式。
3. 连接服务器：connect() 函数用于连接到服务器。
4. 发送和接收数据：send() 函数发送数据，recv() 函数用于接收服务器端返回的数据。
5. 关闭套接字：close() 关闭套接字，断开连接。

字节序和函数功能不清楚的，可以查看套接字-Socket | 爱编程的大丙。老师写的非常清楚，B站的课程也讲的十分清晰。

4.2 服务器端代码

服务器端的功能是接受客户端的连接请求，并进行通信。以下是服务器端的代码示例：

#include<iostream> #include<string> #include<arpa/inet.h> #include<unistd.h>  //服务器端 int main(){      // 1:创建监听的套接字  具体参数含义为：使用IPV4地址，采用流式传输，使用TCP协议。 返回监听的文件描述符     int fd_lis=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);     if(fd_lis==-1){         perror("socket_listen error!");         return -1;     }     // 2：绑定本地IP和端口 (IP和端口是addr结构体) 该结构体指定地址类型，通信端口和IP地址      struct sockaddr_in saddr;     saddr.sin_family=AF_INET;     saddr.sin_port=htons(9999);     //INADDR_ANY 使用宏定义的0地址，能够自动读取服务器的网卡IP地址     saddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;     int ret = bind(fd_lis,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));     if(ret==-1){         perror("bing _error");         return -1;     }      // 3设置监听 (监听的文件描述符，一次最大监听的访问量)     ret=listen(fd_lis,128);     if(ret==-1){         perror("listen _error");         return -1;     }      // 4 阻塞并等待客户端的链接，该结构体存储来自客户端的端口和地址      struct sockaddr_in caddr;     caddr.sin_family=AF_INET;     caddr.sin_port=INADDR_ANY;     int addrlen=sizeof(caddr);     int fd_acp=accept(fd_lis,(struct sockaddr*)&caddr,(socklen_t*)&addrlen);          if(fd_acp==-1){         perror("accept _error");         return -1;     }else{         //打印端口，客户端的IP和端口号         char ip_arrd[32];         std::cout<<"客户端ip地址："<<inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr.s_addr,ip_arrd,sizeof(ip_arrd))<<std::endl;         std::cout<<"客户端端口号："<<ntohs(caddr.sin_port)<<std::endl;     }          // 5：开始通信      while (1)     {         char buff[1024];         int len=recv(fd_acp,&buff,sizeof(buff),0);         if(len>0){             std::cout<<"client says:"<<buff<<std::endl;             send(fd_acp,buff,sizeof(buff),0);         }else if (len==0)         {             //通信结束             break;         }else{             perror("accept_error");             break;         }     }         close(fd_lis);         close(fd_acp);       return 0; } 

服务器端代码说明：

1. 创建套接字：与客户端类似，socket() 函数创建监听套接字。
2. 绑定 IP 和端口：使用 bind() 函数绑定本地 IP 和端口。INADDR_ANY 可以自动获取服务器的 IP 地址。
3. 监听连接：listen() 函数开始监听端口，允许多个客户端连接。
4. 接受连接：accept() 函数阻塞等待客户端的连接请求，并返回一个新的文件描述符，用于与客户端通信。
5. 通信过程：使用 recv() 接收客户端发送的数据，使用 send() 将数据返回给客户端。
6. 关闭套接字：通信结束后，关闭文件描述符，断开连接。