<think>我们被要求详细介绍socket编程的核心内容，包括函数、地址结构体、网络
字节序转换、
非阻塞设置和错误处理。我们将结合引用内容进行说明。
##
1. Socket编程核心函数
###
1.1 创建
套接字: `socket()`
```c
#include <sys/socket
.h> // Linux
#include <winsock2
.h> //
Windows
int socket(int domain, int type, int protocol); // Linux
SOCKET socket(int af, int type, int protocol); //
Windows
```
- **参数**:
- `domain/af`: 地址族，如 `AF_INET`(IPv4), `AF_INET6`(IPv6)[^
1]
- `type`:
套接字类型，如 `SOCK_STREAM`(TCP), `SOCK_DGRAM`(UDP)
- `protocol`: 通常为0，表示自动选择
- **返回值**:
- Linux: 文件描述符(非负整数)
-
Windows: `INVALID_SOCKET`(失败时)
###
1.2 绑定地址: `bind()`
```c
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // Linux
int bind(SOCKET s, const struct sockaddr *addr, int addrlen); //
Windows
```
- 将
套接字与本地IP地址和端口绑定[^2]
###
1.3 监听连接: `listen()`
```c
int listen(int sockfd, int backlog); // Linux
int listen(SOCKET s, int backlog); //
Windows
```
- 将主动
套接字转为被动
套接字，等待连接请求
- `backlog`: 已完成连接队列的最大长度
###
1.4 接受连接: `accept()`
```c
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); // Linux
SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr *addr, int *addrlen); //
Windows
```
- 从已完成连接队列头返回一个连接
- 返回新的
套接字用于数据传输
###
1.5 建立连接: `connect()`
```c
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // Linux
int connect(SOCKET s, const struct sockaddr *name, int namelen); //
Windows
```
- 客户端主动连接服务器
###
1.6 数据传输
```c
// TCP
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
// UDP
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
```
###
1.7 关闭
套接字
```c
// Linux
close(fd);
//
Windows
closesocket(s);
```
## 2
. 地址结构体说明
### 2
.1 通用地址结构体 `sockaddr`
```c
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; // 地址族
char sa_data[
14]; // 地址数据
};
```
- 用于类型强制转换，统一接口[^
1][^3]
### 2
.2 IPv4专用结构体 `sockaddr_in`
```c
struct sockaddr_in {
short sin_family; // 地址族: AF_INET
unsigned short sin_port; //
16位端口号(网络
字节序)
struct in_addr sin_addr; // 32位IP地址(网络
字节序)
unsigned char sin_zero[8]; // 填充
字段
};
struct in_addr {
unsigned long s_addr; // 32位IP地址
};
```
- 实际编程中主要使用此结构体[^3]
### 2
.3 IPv6地址结构体 `sockaddr_in6`
```c
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; // AF_INET6
in_port_t sin6_port; // 端口号(网络
字节序)
uint32_t sin6_flowinfo; // IPv6流信息
struct in6_addr sin6_addr; // IPv6地址
uint32_t sin6_scope_id; // 作用域ID
};
struct in6_addr {
unsigned char s6_addr[
16]; //
128位IPv6地址
};
```
## 3
. 网络
字节序转换
### 3
.1 字节序类型
- **大端序(Big-Endian)**: 高位
字节在前(网络
字节序)
- **小端序(Little-Endian)**: 低位
字节在前(主机
字节序)
### 3
.2 转换函数
```c
#include <arpa/inet
.h> // Linux
#include <winsock2
.h> //
Windows
// 主机到网络(
16位)
uint
16_t htons(uint
16_t hostshort);
// 主机到网络(32位)
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
// 网络到主机(
16位)
uint
16_t ntohs(uint
16_t netshort);
// 网络到主机(32位)
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
```
### 3
.3 IP地址转换
```c
// 点分十进制 -> 32位网络
字节序
in_addr_t inet_addr(const char *cp); // 已弃用
// 推荐使用
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
// 网络
字节序 -> 点分十进制
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
```
**示例**:
```c
struct sockaddr_in addr;
addr
.sin_family = AF_INET;
addr
.sin_port = htons(8080); // 端口转换
inet_pton(AF_INET, "
192
.168
.1.1", &addr
.sin_addr); // IP转换
```
## 4
. 非阻塞模式设置
### 4
.1 Linux
设置方法
```c
#include <fcntl
.h>
int set_nonblocking(int fd) {
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
if (flags == -
1) return -
1;
return fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
}
```
### 4
.2
Windows设置方法
```c
#include <winsock2
.h>
int set_nonblocking(SOCKET sock) {
unsigned long mode =
1;
return ioctlsocket(sock, FIONBIO, &mode);
}
```
### 4
.3 跨
平台封装
```c
void set_nonblocking(SOCKET sock) {
#ifdef _WIN32
unsigned long mode =
1;
ioctlsocket(sock, FIONBIO, &mode);
#else
int flags = fcntl(sock, F_GETFL, 0);
fcntl(sock, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
#endif
}
```
##
5. 错误处理机制
###
5.1 错误码获取
```c
// Linux
#include <errno
.h>
int err = errno;
//
Windows
int err = WSAGetLastError();
```
###
5.2 常见错误类型
| 错误码 (Linux) | 错误码 (
Windows) | 说明 |
|----------------|------------------|-----------------------|
| EAGAIN/EWOULDBLOCK | WSAEWOULDBLOCK |
非阻塞操作未完成 |
| ECONNREFUSED | WSAECONNREFUSED | 连接被拒绝 |
| ETIMEDOUT | WSAETIMEDOUT | 连接超时 |
| EINPROGRESS | WSAEINPROGRESS |
非阻塞连接进行中 |
###
5.3 跨
平台错误处理示例
```c
int get_last_error() {
#ifdef _WIN32
return WSAGetLastError();
#else
return errno;
#endif
}
const char* get_error_str(int err) {
#ifdef _WIN32
static char buffer[2
56];
FormatMessageA(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM, NULL, err,
MAKELANGID(LANG_NEUTRAL, SUBLANG_DEFAULT),
buffer, sizeof(buffer), NULL);
return buffer;
#else
return strerror(err);
#endif
}
```
## 总结
Socket编程的核心要点包括：
1. 正确使用
套接字函数创建和管理连接
2
. 理解地址结构体的内存布局和转换关系
3
. 严格遵守网络
字节序转换规则
4
. 合理
设置非阻塞模式提升并发性能
5. 健壮的错误处理保证程序稳定性
> 注：实际开发中建议使用跨
平台网络库（如libevent, Boost
.Asio）简化开发复杂度[^2]。
§§相关问题§§
1. 如何实现跨
平台的TCP心跳机制？
2
. 在IPv6环境下socket编程需要注意哪些特殊事项？
3
. 如何设计高性能的socket服务器架构？
4
. socket编程中常见的安全漏洞有哪些？如何防范？
5. 如何实现UDP的可靠传输机制？</think>### Socket编程核心详解
#### 一、核心函数介绍
1. **socket()** - 创建通信端点
```c
int socket(int domain, int type, int protocol);
```
- `domain`: 协议族（`AF_INET` IPv4, `AF_INET6` IPv6）[^
1]
- `type`: 通信类型（`SOCK_STREAM` TCP, `SOCK_DGRAM` UDP）
- `protocol`: 通常设为0（自动选择）
- 返回值：成功返回文件描述符（Linux）或SOCKET句柄（
Windows），失败返回-
1（Linux）或`INVALID_SOCKET`（
Windows）
2
. **bind()** - 绑定地址到
套接字
```c
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
```
- 将IP地址和端口号关联到
套接字
- 服务器端必须调用，客户端可选
3
. **listen()** -
设置监听队列
```c
int listen(int sockfd, int backlog);
```
- `backlog`: 已完成连接队列的最大长度（建议
5-
10）
- 仅用于TCP服务器
4
. **accept()** - 接受连接
```c
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
```
- 从已完成连接队列返回新
套接字
- 阻塞调用，直到有连接到达
5. **connect()** - 发起连接
```c
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
```
- 客户端连接服务器
- TCP建立连接，UDP指定默认地址
6
. **send()/recv()** - 数据传输
```c
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
```
- TCP流式数据传输
- 返回值：实际发送/接收的
字节数
#### 二、地址结构体说明
1. **通用地址结构体** `sockaddr`
```c
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; // 地址族（AF_INET等）
char sa_data[
14]; // 地址数据
};
```
- 用于类型强制转换的统一接口[^
1]
2
. **IPv4专用结构体** `sockaddr_in`
```c
struct sockaddr_in {
short sin_family; // 地址族（AF_INET）
unsigned short sin_port; //
16位端口号（网络
字节序）
struct in_addr sin_addr; // IP地址
unsigned char sin_zero[8]; // 填充
字段
};
struct in_addr {
unsigned long s_addr; // 32位IP地址（网络
字节序）
};
```
- 实际编程主要使用此结构体[^3]
- 使用前需用`memset(&addr, 0, sizeof(addr))`初始化
3
. **地址转换示例**
```c
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr
.sin_family = AF_INET;
serv_addr
.sin_port = htons(8080); // 端口转换
inet_pton(AF_INET, "
192
.168
.1.100", &serv_addr
.sin_addr); // IP转换
```
#### 三、网络
字节序转换
1. **转换函数**
| 函数名 | 功能描述 | 头文件 |
|---------|----------------------------|-------------------|
| `htons()` | 主机→网络(
16位端口) | `<arpa/inet
.h>` |
| `ntohs()` | 网络→主机(
16位端口) | `<arpa/inet
.h>` |
| `htonl()` | 主机→网络(32位IP地址) | `<arpa/inet
.h>` |
| `ntohl()` | 网络→主机(32位IP地址) | `<arpa/inet
.h>` |
2
. **IP地址转换函数**
```c
// 点分十进制 → 32位网络
字节序
in_addr_t inet_addr("
192
.168
.1.1"); // 已弃用
inet_pton(AF_INET, "
192
.168
.1.1", &addr
.sin_addr); // 推荐[^4]
// 网络
字节序 → 点分十进制
char *str = inet_ntoa(addr
.sin_addr); // 返回静态缓冲区
inet_ntop(AF_INET, &addr
.sin_addr, buf, sizeof(buf)); // 安全版本
```
#### 四、
非阻塞模式设置
1. **Linux
设置方法**
```c
#include <fcntl
.h>
int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
```
2
. **
Windows设置方法**
```c
#include <winsock2
.h>
unsigned long mode =
1;
ioctlsocket(sock, FIONBIO, &mode);
```
3
. **行为特点**
-
非阻塞connect()立即返回`EINPROGRESS`（Linux）或`WSAEWOULDBLOCK`（
Windows）
-
非阻塞recv()无数据时返回`EAGAIN`（Linux）或`WSAEWOULDBLOCK`（
Windows）
- 需配合select()/poll()/epoll()等多路复用技术使用
#### 五、错误处理机制
1. **错误码获取**
```c
// Linux
#include <errno
.h>
int err = errno;
//
Windows
#include <winsock2
.h>
int err = WSAGetLastError();
```
2
. **常见错误类型**
| 错误码 (Linux) | 错误码 (
Windows) | 说明 |
|----------------|--------------------|---------------------|
| EAGAIN | WSAEWOULDBLOCK |
非阻塞操作未完成 |
| ECONNREFUSED | WSAECONNREFUSED | 连接被拒绝 |
| ETIMEDOUT | WSAETIMEDOUT | 连接超时 |
| EINTR | WSAEINTR | 系统调用被中断 |
3
. **跨
平台错误处理示例**
```c
#ifdef _WIN32
if (connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == SOCKET_ERROR) {
int err = WSAGetLastError();
if (err == WSAEWOULDBLOCK) { /* 处理
非阻塞连接 */ }
}
#else
if (connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
if (errno == EINPROGRESS) { /* 处理
非阻塞连接 */ }
}
#endif
```
4
. **健壮性建议**
- 所有系统调用后检查返回值
- 使用`perror()`或`strerror()`输出错误信息
- TCP连接添加超时检测（使用select()
设置超时）
- 资源释放：关闭
套接字，
Windows需调用`WSACleanup()`
> 所有网络程序都应遵循"面向失败编程"原则，假设任何操作都可能失败并做好错误处理[^2]。
本文详细介绍了Windows平台下套接字的非阻塞模式，包括其定义、设置方法及在Windows Sockets编程中的优缺点。
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