### C++网络Socket编程指南
#### 一、引言
在网络通信领域，Socket是一种非常重要的技术，它提供了在不同主机间进行数据交换的基础框架。通过Socket编程，开发人员能够实现客户端与服务器之间的通信，这对于互联网应用程序（如网页浏览器、电子邮件客户端等）来说至关重要。
#### 二、Socket的基本概念
**Socket** 是一种网络两端相互连接传输数据时的沟通界面，它本质上是一个网络系统的通信函数库，可以在不同的操作系统中通用。Socket的主要作用在于为网络应用程序提供了一种标准的接口，使得开发人员能够通过一系列API来发送和接收数据。
#### 三、Socket的主要函数
Socket编程涉及到的五个核心函数包括：
1. **socket()** — 创建一个Socket。
2. **bind()** — 绑定Socket到特定地址。
3. **listen()** — 使Socket进入监听状态。
4. **connect()** — 连接到远程Socket。
5. **accept()** — 接受传入连接请求。
接下来将详细介绍这些函数的使用方法和参数含义。
#### 四、socket() 函数
```cpp
int SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
```
- **af**: 地址族系（family），用于指定网络地址的不同表示方式。
- **type**: 通信方式。
- **protocol**: 传输协议编号。
- **返回值**: 如果创建Socket失败，则返回-1；成功则返回一个非负整数，称为**Socket描述符**。
**选型设置**:
- **af**: 选择`AF_INET`对应Internet地址族系。
- **type**: `SOCK_STREAM`表示虚拟路径连接方式（TCP协议使用），`SOCK_DGRAM`表示数据包传递方式（UDP协议使用）。
- **protocol**: 选择`IPPROTO_TCP`（TCP通讯协议）或写入0，让系统自动设置。
#### 五、bind() 函数
```cpp
int bind(SOCKET s, const struct sockaddr* name, int namelen );
```
- **s**: 已经指定好通信协议的Socket。
- **name**: 指定本地端地址，数据结构为`sockaddr`。
- **namelen**: `name`的数据长度（单位：字节）。
- **返回值**: 如果绑定失败，返回-1；否则返回0。
**Sockaddr_in 格式** (IPv4):
```cpp
struct sockaddr_in {
short sin_family;
u_short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
```
- **sin_family**: 地址族系，同样设置为`AF_INET`。
- **sin_port**: 主机开启的通信端口号，需要用`htons()`写入。
- **sin_addr**: 主机IP地址，使用`in_addr`数据格式。
- **sin_zero[8]**: 目前未使用，预留未来扩展使用。
**in_addr 格式**:
```cpp
typedef struct in_addr {
union {
struct {
u_char s_b1, s_b2, s_b3, s_b4;
} S_un_b;
struct {
u_short s_w1, s_w2;
} S_un_w;
u_long S_addr;
} S_un;
} in_addr;
```
- 实际上大小是一个32位的长整数，主要关注`u_long S_addr`这个变量。
- 写入时使用`inet_addr("IP地址字符串")`转换成`unsigned long`。
#### 六、listen() 函数
```cpp
int listen(SOCKET s, int backlog);
```
- **s**: 已经准备好的Socket。
- **backlog**: 最大等待连接数。
- **返回值**: 如果设置失败，返回-1；否则返回0。
**功能**: 使Socket进入等待连接状态，等待客户端连接。如果客户端尝试连接，可以调用`connect()`函数与服务器建立连接。服务器接受连接后会创建一个新的Socket与客户端通信，而原来的监听Socket则继续等待其他客户端连接。
#### 七、示例代码
以下是一个简单的Socket编程示例：
```cpp
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int main() {
WSADATA wsaData;
SOCKET Sock;
sockaddr_in saServer;
// 初始化Winsock
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
printf("WSAStartup failed with error: %d\n", WSAGetLastError());
return 1;
}
// 创建Socket
Sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// 设置本机通信用的地址
saServer.sin_family = AF_INET;
saServer.sin_port = htons(5150);
saServer.sin_addr.s_addr = inet_addr("140.115.65.30");
// 绑定Socket
if (bind(Sock, (SOCKADDR*) &saServer, sizeof(saServer)) == SOCKET_ERROR) {
printf("Bind failed with error: %d\n", WSAGetLastError());
WSACleanup();
return 1;
}
// 设置Socket为监听状态
if (listen(Sock, 5) == SOCKET_ERROR) {
printf("Listen failed with error: %d\n", WSAGetLastError());
WSACleanup();
return 1;
}
// 清理Winsock
WSACleanup();
return 0;
}
```
以上介绍了Socket编程的基本原理和常用函数的使用方法。通过学习这些内容，开发人员可以更好地掌握如何利用C++进行网络编程，并构建出高效可靠的网络应用程序。
