一.概述

socket网络编程在网络通信中至关重要，因此本文结合socket网络编程和linux多线程编程在linux环境下实现网络通信。实现思路大致如下：server服务端监听某个socket端口等待客户端client连接，在客户端连接成功后创建一个线程(pthread_create)来处理该连接，在主线程中监听客户端的连接，在子线程中处理每个socket连接。

二.TCP socket网络编程

1.server端程序实现（tcp_server.cpp）

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <pthread.h>   //使用多线程头文件
#include <netinet/in.h>using namespace std;   //使用标准空间//注意：在socket服务器编程当中有多个文件描述符
//其中socket返回的文件描述符sockfd是用来监听用的，不能读写，而accept返回的文件描述符clifd是用来连接的操作的文件描述符。可以读写操作
/*
//sockaddr_in结构体（用来管理server或者client的socket信息）定义：
struct sockaddr_in{__SOCKADDR_COMMON (sin_);           //ipv4 or ipv6in_port_t sin_port;                 //Port number.struct in_addr sin_addr;            //Internet address.// Pad to size of `struct sockaddr'. unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -__SOCKADDR_COMMON_SIZE -sizeof (in_port_t) -sizeof (struct in_addr)];};
*/
#define SERV_PORT   8010                  //服务器端口
#define SERV_ADDR   "192.168.1.23"          //服务器ip
#define BACKLOG     100                   //服务器最多可以监听的客户端数量(最多排队数量)int client_num = 0;   //连接的客户端计数//线程1处理函数
void *client_func1(void *clifd_recv)
{int ret = -1;char recv_buf[200];        //定义接收缓存区char send_buf[200];        //定义发送缓存区int clifd = *(int *)clifd_recv;   //创建新线程首先获取传入的客户端描述符clifdprintf("有新的客户端 %d 连接成功,子线程1开始工作\r\n",clifd);//5.在连接成功后使用recv函数来接收数据//函数原型：ssize_t recv(int socket, void *buffer, size_t length, int flags);while(1){ret = recv(clifd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);   //接收客户端发送来的数据，注意此处使用的网络描述符是clifdif(ret < 1){cout<<"客户端 "<<clifd<<" 断开了连接"<<endl;cout<<"关闭连接并退出"<<endl;close(clifd);      //关闭accept文件描述符clifdclient_num--;    //当前服务的客户端数量加一pthread_exit(NULL);  //退出当前的线程}cout<<"收到客户端  "<<clifd<<"  发送的数据:len= "<<ret<<"      buf= "<<recv_buf<<endl;memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));   //清空接收缓存区//6.使用send函数发生数据strcpy(send_buf,"hello client1!");ret = send(clifd, send_buf, strlen(send_buf), 0);cout<<"发送了"<<ret<<"个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区}
}//线程2处理函数
void *client_func2(void *clifd_recv)
{int ret = -1;char recv_buf[200];        //定义接收缓存区char send_buf[200];        //定义发送缓存区int clifd = *(int *)clifd_recv;   //创建新线程首先获取传入的客户端描述符clifdprintf("有新的客户端 %d 连接成功,子线程2开始工作\r\n",clifd);//5.在连接成功后使用recv函数来接收数据//函数原型：ssize_t recv(int socket, void *buffer, size_t length, int flags);while(1){    ret = recv(clifd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);   //接收客户端发送来的数据，注意此处使用的网络描述符是clifdif(ret < 1){cout<<"客户端 "<<clifd<<" 断开了连接"<<endl;cout<<"关闭连接并退出"<<endl;close(clifd);      //关闭accept文件描述符clifdclient_num--;    //当前服务的客户端数量加一pthread_exit(NULL);  //退出当前的线程}cout<<"收到客户端  "<<clifd<<"  发送的数据:len= "<<ret<<"      buf= "<<recv_buf<<endl;memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));   //清空接收缓存区//6.使用send函数发生数据strcpy(send_buf,"hello client2!!");ret = send(clifd, send_buf, strlen(send_buf), 0);cout<<"发送了"<<ret<<"个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区}
}//线程3处理函数
void *client_func3(void *clifd_recv)
{int ret = -1;char recv_buf[200];        //定义接收缓存区char send_buf[200];        //定义发送缓存区int clifd = *(int *)clifd_recv;   //创建新线程首先获取传入的客户端描述符clifdprintf("有新的客户端 %d 连接成功,子线程3开始工作\r\n",clifd);//5.在连接成功后使用recv函数来接收数据//函数原型：ssize_t recv(int socket, void *buffer, size_t length, int flags);while(1){    ret = recv(clifd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);   //接收客户端发送来的数据，注意此处使用的网络描述符是clifdif(ret < 1){cout<<"客户端 "<<clifd<<" 断开了连接"<<endl;cout<<"关闭连接并退出"<<endl;close(clifd);      //关闭accept文件描述符clifdclient_num--;    //当前服务的客户端数量加一pthread_exit(NULL);  //退出当前的线程}cout<<"收到客户端  "<<clifd<<"  发送的数据:len= "<<ret<<"      buf= "<<recv_buf<<endl;memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));   //清空接收缓存区//6.使用send函数发生数据strcpy(send_buf,"hello client3!!!");ret = send(clifd, send_buf, strlen(send_buf), 0);cout<<"发送了"<<ret<<"个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区}
}int main(int argc,char **argv)
{int ret = -1;int sockfd = -1;    //定义socket网络文件描述符int clifd = -1;       //定义accept网络文件描述符pthread_t th = -1;   //定义一个多线程创建句柄struct sockaddr_in servaddr={0};  //服务器sockaddr_in定义成ipv4类型的服务器ip结构体（ipv6是sockaddr_inv6）struct sockaddr_in cliaddr={0};   //客户端sockaddr_insocklen_t address_len = 0;         //客户端长度//1.首先使用socket函数创建网络文件描述符（类似于文件IO中的open函数）//函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);   sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   //ipv4,TCP,系统自动选择protocolif(sockfd < 0){cout<<"创建socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"sockfd="<<sockfd<<endl;//注意：由TCP套接字状态TIME_WAIT引起在结束本次会话后close立刻开启下次会话会Bind失败。//该状态在套接字关闭后约保留 2 到 4 分钟。在 TIME_WAIT 状态退出之后，套接字被删除，该地址才能被重新绑定而不出问题。//因此下面两句话的加入可以解决这个问题int on = 1;ret = setsockopt( sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on) );//2.使用bind函数绑定socket文件描述符和相关参数//函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen); servaddr.sin_family = AF_INET;             //定义servaddr的domain地址族为ipv4servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);      //定义servaddr的portnum为SERV_PORT(8010),host to net shortservaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);  //定义servaddr的address为SERV_ADDR(192.168.1.23)  person----->u32//servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  //监听该电脑的所有IPmemset(servaddr.sin_zero,0,sizeof(servaddr.sin_zero));   //设置servaddr的sin_zero区域为0ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));   //使用bind函数绑定socket文件描述符和相关参数if(ret < 0){cout<<"bind函数绑定socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"bind绑定成功"<<endl;//3.使用listen函数进行接收监听(监听当前设置的ip地址下的端口号port)//函数原型：int listen(int socket, int backlog);ret = listen(sockfd, BACKLOG);     //sockfd,等待列表，最多可以排队排BACKLOG(100)个if(ret < 0){cout<<"listen监听失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"listen监听成功,等待客户端连接:"<<endl;while(1){//4.使用accept函数阻塞等待客户端连接，注意：会阻塞！！！//函数原型：int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address,socklen_t *restrict address_len);address_len = sizeof(struct sockaddr);  //给client_len赋值clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr,&address_len);     //此时会阻塞在这监听客户端连接if(clifd < 0){cout<<"accept连接客户端失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"listen连接客户端成功,clifd ="<<clifd<<endl;cout<<"客户端端口号port= "<<ntohs(cliaddr.sin_port)<<endl;cout<<"客户端ip= "<<inet_ntoa(cliaddr.sin_addr)<<endl;//在收到客户端连接成功后创建一个新的线程，在线程里进行数据收发client_num++;    //当前服务的客户端数量加1switch(client_num){case 1:ret = pthread_create(&th, NULL, client_func1, (void *)(&clifd)); //创建一个线程client_func,将客户端描述符clifd作为参数传递给多线程处理函数break;case 2:ret = pthread_create(&th, NULL, client_func2, (void *)(&clifd));break;case 3:ret = pthread_create(&th, NULL, client_func3, (void *)(&clifd));break;default:cout<<"连接的客户端数量超过3台，停止服务"<<endl;break;}if(ret == 0){printf("创建线程 %d 成功,有新的客户端 %d 连接成功,线程创建成功\r\n",(int)th,clifd);pthread_detach(th);   //在线程创建成功后使用pthread_detach分离子线程，这样就可以在子线程退出后自动回收子线程资源了}else{printf("线程创建失败\r\n");_exit(-1);}}cout<<"所有线程全部关闭，退出"<<endl;close(sockfd);     //关闭socket文件描述符return 0;
}

2.client端程序实现（tcp_client.cpp）

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <iostream>using namespace std;   //使用标准空间
/*
//sockaddr_in结构体定义：
struct sockaddr_in{__SOCKADDR_COMMON (sin_);           //ipv4 or ipv6in_port_t sin_port;                 //Port number.struct in_addr sin_addr;            //Internet address.// Pad to size of `struct sockaddr'. unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -__SOCKADDR_COMMON_SIZE -sizeof (in_port_t) -sizeof (struct in_addr)];};
*/
#define SERV_PORT   8010                   //服务器端口
#define SERV_ADDR   "192.168.1.23"         //服务器ip
#define CLI_ADDR    "192.168.1.50"           //服务器开放给我们的ip地址
char recv_buf[1000];        //定义接收缓存区
char send_buf[1000];        //定义发送缓存区
int main(int argc,char **argv)
{int ret = -1;int sockfd = -1;  //定义网络文件描述符struct sockaddr_in servaddr={0};  //服务器sockaddr_in定义成ipv4类型的服务器ip结构体（ipv6是sockaddr_inv6）//1.首先使用socket函数创建网络文件描述符（类似于文件IO中的open函数）//函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);   sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   //ipv4,TCP,系统自动选择protocolif(sockfd < 0){cout<<"创建socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"sockfd="<<sockfd<<endl;//2.使用connect函数连接服务器//函数原型：int connect(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);servaddr.sin_family = AF_INET;             //定义servaddr的domain地址族为ipv4servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);      //定义servaddr的portnum为SERV_PORT(8010),host to net shortservaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);  //定义servaddr的address为SERV_ADDR(192.168.1.23)  person----->u32ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));if(ret < 0){cout<<"客户端connect服务器失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"客户端connect服务器成功"<<endl;//下面客户端和服务器互相收发while(1){//6.使用send函数发生数据cout<<"请输入要发送给服务器的内容：";cin >> send_buf;if(!strncmp(send_buf,"+++",3))break;ret = send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);cout<<"发送了"<<ret<<"个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区ret = recv(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);   //接收客户端发送来的数据，注意此处使用的网络描述符是clifdif(ret < 1){cout<<"服务器断开了连接"<<endl;break;}cout<<"收到服务器发送的数据:len= "<<ret<<"     buf= "<<recv_buf<<endl;memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));   //清空接收缓存区}cout<<"关闭连接并退出"<<endl;close(sockfd);     //关闭socket文件描述符return 0;
}

3.编译与执行

g++ tcp_server.cpp -o server -pthread
g++ tcp_client.cpp -o client
#arm-linux-gnueabihf-g++ tcp_server.cpp -o server
#arm-linux-gnueabihf-g++ tcp_client.cpp -o client
其中g++编译器编译出的文件在x86架构处理器运行，arm-linux-gnueabihf-g++编译出的文件在ARM架构处理器运行。另注意用到多线程pthread时编译需要链接pthread库。
编译完成后，先后运行服务器程序./server和客户端程序./client程序，进行数据交互。

三.UDP socket网络编程

1.server端程序实现（udp_server.cpp）

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>using namespace std;   //使用标准空间
//在使用UDP网络编程的时候，由于UDP非面向连接，因此不需要listen和accept。因此可以简单总结UDP server端的程序编写流程如下：
//1.socket创建fd
//2.bind绑定server端的socket信息
//3.直接调用recvfrom函数接收来自客户端的消息，同时读取客户端的信息并保存在cliaddr结构体中，以便下次发送消息的时候可以准确找到对方
//4.调用sendto函数给客户端返回信息，需要用到刚刚接收的cliaddr信息(因为服务器可能被多个客户端连接，因此不知道发给谁，只能根据cliaddr信息使用sendto发送)#define SERV_PORT   8010                  //服务器端口
#define SERV_ADDR   "192.168.1.23"          //服务器ip
#define BACKLOG     100                   //服务器最多可以监听的客户端数量(最多排队数量)int main(int argc,char **argv)
{int ret = -1;int sockfd = -1;  //定义socket网络文件描述符int recv_len;             //接收数据长度int send_len;              //发送数据长度char recv_buf[200];        //定义接收缓存区char send_buf[200];        //定义发送缓存区struct sockaddr_in servaddr={0};  //服务器sockaddr_in定义成ipv4类型的服务器ip结构体（ipv6是sockaddr_inv6）struct sockaddr_in cliaddr={0};   //客户端sockaddr_insocklen_t address_len = 0;        //客户端长度//1.首先使用socket函数创建网络文件描述符（类似于文件IO中的open函数）//函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);   sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   //ipv4,UDP,系统自动选择protocolif(sockfd < 0){cout<<"创建socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"sockfd="<<sockfd<<endl;//注意：由TCP套接字状态TIME_WAIT引起在结束本次会话后close立刻开启下次会话会Bind失败。//该状态在套接字关闭后约保留 2 到 4 分钟。在 TIME_WAIT 状态退出之后，套接字被删除，该地址才能被重新绑定而不出问题。//因此下面两句话的加入可以解决这个问题int on = 1;ret = setsockopt( sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on) );//2.使用bind函数绑定socket文件描述符和相关参数//函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen); servaddr.sin_family = AF_INET;             //定义servaddr的domain地址族为ipv4servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);      //定义servaddr的portnum为SERV_PORT(8010),host to net shortservaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);  //定义servaddr的address为SERV_ADDR(192.168.1.23)  person----->u32//servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  //监听该电脑的所有IPmemset(servaddr.sin_zero,0,sizeof(servaddr.sin_zero));   //设置servaddr的sin_zero区域为0ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));   //使用bind函数绑定socket文件描述符和相关参数if(ret < 0){cout<<"bind函数绑定socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"bind绑定成功"<<endl;while(1){//3.使用recvfrom函数接收客户端发送的数据,返回接收数据长度//入口参数：fd,reve_buf,recv_len,flag,clinet_addr,clinet_lenaddress_len = sizeof(struct sockaddr);recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf),0,(struct sockaddr *)&cliaddr,&address_len);if(recv_len > 0)   //判断接收到的数据大于0{recv_buf[recv_len] = '\0';  //添加结束符cout<<"客户端端口号port= "<<ntohs(cliaddr.sin_port)<<endl;cout<<"客户端ip= "<<inet_ntoa(cliaddr.sin_addr)<<endl;printf("从客户端接收到 %d 个数据，数据是：%s\r\n",recv_len,recv_buf);  //打印出接收到的数据memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));}//4.使用sendto函数发生数据address_len = sizeof(struct sockaddr);   //地址长度strcpy(send_buf,"hello client!");send_len = sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0,(const struct sockaddr *)&cliaddr, address_len);if(send_len > 0){cout<<"发送了 "<<send_len<<" 个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区}}cout<<"关闭连接并退出"<<endl;close(sockfd);     //关闭socket文件描述符return 0;
}

2.client端程序实现（udp_client.cpp）

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <iostream>using namespace std;   //使用标准空间//在使用UDP网络编程的时候，由于UDP非面向连接。因此可以简单总结UDP client端的程序编写流程如下：
//1.socket创建fd
//2.确定server的socket信息并写入servaddr中
//3.直接调用sendto函数给服务器发送消息，其中要用到servaddr信息
//4.调用recv函数接收来自服务器的消息，（因为客户端知道服务器的信息，因此直接recv就可以，而不用recvfrom）#define SERV_PORT  8010                   //服务器端口
#define SERV_ADDR   "192.168.1.23"         //服务器ip
#define CLI_ADDR    "192.168.1.50"           //定义客户端地址，一般用不到int main(int argc,char **argv)
{int ret = -1;int sockfd = -1;  //定义网络文件描述符int address_len = 0; //目的的长度struct sockaddr_in servaddr={0};  //用来存放服务器的socket相关信息int send_len;              //发送数据长度int recv_len;               //接收数据长度char recv_buf[1000];        //定义接收缓存区char send_buf[1000];        //定义发送缓存区//1.首先使用socket函数创建网络文件描述符（类似于文件IO中的open函数）//函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);   sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   //ipv4,UDP,系统自动选择protocolif(sockfd < 0){cout<<"创建socket文件描述符失败"<<endl;_exit(-1);}cout<<"sockfd="<<sockfd<<endl;//2.然后确定server的socket信息并写入servaddr中servaddr.sin_family = AF_INET;             //定义servaddr的domain地址族为ipv4servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);      //定义servaddr的portnum为SERV_PORT(8010),host to net shortservaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_ADDR);  //定义servaddr的address为SERV_ADDR(192.168.1.23)  person----->u32//下面客户端和服务器互相收发while(1){cout<<"请输入要发送给服务器的内容：";cin >> send_buf;if(!strncmp(send_buf,"+++",3))break;//3.使用sendto函数给服务器发生数据//入口参数：fd,send_buf,send_len,flag,server_addr,server_lenaddress_len = sizeof(struct sockaddr);   //地址长度send_len = sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0,(const struct sockaddr *)&servaddr, address_len);if(send_len > 0){cout<<"发送了 "<<send_len<<" 个数据"<<endl;memset(send_buf,0,sizeof(send_buf));   //清空接收缓存区}//4.使用recv函数接收来自服务器的数据ret = recv(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);   //接收客户端发送来的数据，注意此处使用的网络描述符是clifdif(ret < 1){cout<<"服务器断开了连接"<<endl;break;}cout<<"收到服务器发送的数据:len= "<<ret<<"     buf= "<<recv_buf<<endl;memset(recv_buf,0,sizeof(recv_buf));   //清空接收缓存区}cout<<"关闭连接并退出"<<endl;   //实际从未建立过连接close(sockfd);     //关闭socket文件描述符return 0;
}

3.编译与执行

g++ udp_server.cpp -o server
g++ udp_client.cpp -o client
#arm-linux-gnueabihf-g++ udp_server.cpp -o server
#arm-linux-gnueabihf-g++ udp_client.cpp -o client
其中g++编译器编译出的文件在x86架构处理器运行，arm-linux-gnueabihf-g++编译出的文件在ARM架构处理器运行。另注意用到多线程pthread时编译需要链接pthread库。

执行说明，由于UDP不面向连接，因此接收和发送的时候都需要知道对方的信息，而服务器可以接收多个客户端的数据，因此在执行测试时可以打开一个server程序和多个client程序，建立一对多的连接，且彼此之间交互互不影响。

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C语言实现socket网络编程及多线程编程

文章目录

一.概述

二.TCP socket网络编程

1.server端程序实现（tcp_server.cpp）

2.client端程序实现（tcp_client.cpp）

3.编译与执行

三.UDP socket网络编程

1.server端程序实现（udp_server.cpp）

2.client端程序实现（udp_client.cpp）

3.编译与执行

C语言实现socket网络编程及多线程编程相关推荐

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