使用socket()函数创建套接字

在Windows下创建socket

Windows 下也使用 socket() 函数来创建套接字，原型为：

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

除了返回值类型不同，其他都是相同的。Windows 不把套接字作为普通文件对待，而是返回 SOCKET 类型的句柄。请看下面的例子：

SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //创建TCP套接字socket() 函数用来创建套接字，确定套接字的各种属性，然后服务器端要用 bind() 函数将套接字与特定的IP地址和端口绑定起来，只有这样，流经该IP地址和端口的数据才能交给套接字处理；而客户端要用 connect() 函数建立连接。

bind() 函数

bind() 函数的原型为：

int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);  //Windows

下面以Linux为例进行讲解，Windows与此类似。

sock 为 socket 文件描述符，addr 为 sockaddr 结构体变量的指针，addrlen 为 addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。

下面的代码，将创建的套接字与IP地址 127.0.0.1、端口 1234 绑定：

1. //创建套接字
2. int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
4. //创建sockaddr_in结构体变量
5. struct sockaddr_in serv_addr;
6. memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充
7. serv_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址
8. serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址
9. serv_addr.sin_port = htons(1234); //端口
11. //将套接字和IP、端口绑定
12. bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

这里我们使用 sockaddr_in 结构体，然后再强制转换为 sockaddr 类型，后边会讲解为什么这样做。

sockaddr_in 结构体

接下来不妨先看一下 sockaddr_in 结构体，它的成员变量如下：

1. struct sockaddr_in{
2. sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址类型
3. uint16_t sin_port; //16位的端口号
4. struct in_addr sin_addr; //32位IP地址
5. char sin_zero[8]; //不使用，一般用0填充
6. };

1) sin_family 和 socket() 的第一个参数的含义相同，取值也要保持一致。

2) sin_prot 为端口号。uint16_t 的长度为两个字节，理论上端口号的取值范围为 0~65536，但 0~1023 的端口一般由系统分配给特定的服务程序，例如 Web 服务的端口号为 80，FTP 服务的端口号为 21，所以我们的程序要尽量在 1024~65536 之间分配端口号。

端口号需要用 htons() 函数转换，后面会讲解为什么。

3) sin_addr 是 struct in_addr 结构体类型的变量，下面会详细讲解。

4) sin_zero[8] 是多余的8个字节，没有用，一般使用 memset() 函数填充为 0。上面的代码中，先用 memset() 将结构体的全部字节填充为 0，再给前3个成员赋值，剩下的 sin_zero 自然就是 0 了。

in_addr 结构体

sockaddr_in 的第3个成员是 in_addr 类型的结构体，该结构体只包含一个成员，如下所示：

1. struct in_addr{
2. in_addr_t s_addr; //32位的IP地址
3. };

in_addr_t 在头文件 <netinet/in.h> 中定义，等价于 unsigned long，长度为4个字节。也就是说，s_addr 是一个整数，而IP地址是一个字符串，所以需要 inet_addr() 函数进行转换，例如：

1. unsigned long ip = inet_addr("127.0.0.1");
2. printf("%ld\n", ip);

运行结果：
16777343

图解 sockaddr_in 结构体

为什么要搞这么复杂，结构体中嵌套结构体，而不用 sockaddr_in 的一个成员变量来指明IP地址呢？socket() 函数的第一个参数已经指明了地址类型，为什么在 sockaddr_in 结构体中还要再说明一次呢，这不是啰嗦吗？

这些繁琐的细节确实给初学者带来了一定的障碍，我想，这或许是历史原因吧，后面的接口总要兼容前面的代码。各位读者一定要有耐心，暂时不理解没有关系，根据教程中的代码“照猫画虎”即可，时间久了自然会接受。

为什么使用 sockaddr_in 而不使用 sockaddr

bind() 第二个参数的类型为 sockaddr，而代码中却使用 sockaddr_in，然后再强制转换为 sockaddr，这是为什么呢？

sockaddr 结构体的定义如下：

1. struct sockaddr{
2. sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址类型
3. char sa_data[14]; //IP地址和端口号
4. };

下图是 sockaddr 与 sockaddr_in 的对比（括号中的数字表示所占用的字节数）：


sockaddr 和 sockaddr_in 的长度相同，都是16字节，只是将IP地址和端口号合并到一起，用一个成员 sa_data 表示。要想给 sa_data 赋值，必须同时指明IP地址和端口号，例如”127.0.0.1:80“，遗憾的是，没有相关函数将这个字符串转换成需要的形式，也就很难给 sockaddr 类型的变量赋值，所以使用 sockaddr_in 来代替。这两个结构体的长度相同，强制转换类型时不会丢失字节，也没有多余的字节。

可以认为，sockaddr 是一种通用的结构体，可以用来保存多种类型的IP地址和端口号，而 sockaddr_in 是专门用来保存 IPv4 地址的结构体。另外还有 sockaddr_in6，用来保存 IPv6 地址，它的定义如下：

1. struct sockaddr_in6 {
2. sa_family_t sin6_family; //(2)地址类型，取值为AF_INET6
3. in_port_t sin6_port; //(2)16位端口号
4. uint32_t sin6_flowinfo; //(4)IPv6流信息
5. struct in6_addr sin6_addr; //(4)具体的IPv6地址
6. uint32_t sin6_scope_id; //(4)接口范围ID
7. };

正是由于通用结构体 sockaddr 使用不便，才针对不同的地址类型定义了不同的结构体。

connect() 函数

connect() 函数用来建立连接，它的原型为：

int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);  //Windows

各个参数的说明和 bind() 相同，不再赘述。
对于服务器端程序，使用 bind() 绑定套接字后，还需要使用 listen() 函数让套接字进入被动监听状态，再调用 accept() 函数，就可以随时响应客户端的请求了。

listen() 函数

通过 listen() 函数可以让套接字进入被动监听状态，它的原型为：

1. int listen(int sock, int backlog); //Linux
2. int listen(SOCKET sock, int backlog); //Windows

sock 为需要进入监听状态的套接字，backlog 为请求队列的最大长度。

所谓被动监听，是指当没有客户端请求时，套接字处于“睡眠”状态，只有当接收到客户端请求时，套接字才会被“唤醒”来响应请求。

请求队列

当套接字正在处理客户端请求时，如果有新的请求进来，套接字是没法处理的，只能把它放进缓冲区，待当前请求处理完毕后，再从缓冲区中读取出来处理。如果不断有新的请求进来，它们就按照先后顺序在缓冲区中排队，直到缓冲区满。这个缓冲区，就称为请求队列（Request Queue）。

缓冲区的长度（能存放多少个客户端请求）可以通过 listen() 函数的 backlog 参数指定，但究竟为多少并没有什么标准，可以根据你的需求来定，并发量小的话可以是10或者20。

如果将 backlog 的值设置为 SOMAXCONN，就由系统来决定请求队列长度，这个值一般比较大，可能是几百，或者更多。

当请求队列满时，就不再接收新的请求，对于 Linux，客户端会收到 ECONNREFUSED 错误，对于 Windows，客户端会收到 WSAECONNREFUSED 错误。

注意：listen() 只是让套接字处于监听状态，并没有接收请求。接收请求需要使用 accept() 函数。

accept() 函数

当套接字处于监听状态时，可以通过 accept() 函数来接收客户端请求。它的原型为：

纯文本复制

1. int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //Linux
2. SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen); //Windows

它的参数与 listen() 和 connect() 是相同的：sock 为服务器端套接字，addr 为 sockaddr_in 结构体变量，addrlen 为参数 addr 的长度，可由 sizeof() 求得。

accept() 返回一个新的套接字来和客户端通信，addr 保存了客户端的IP地址和端口号，而 sock 是服务器端的套接字，大家注意区分。后面和客户端通信时，要使用这个新生成的套接字，而不是原来服务器端的套接字。

最后需要说明的是：listen() 只是让套接字进入监听状态，并没有真正接收客户端请求，listen() 后面的代码会继续执行，直到遇到 accept()。accept() 会阻塞程序执行（后面代码不能被执行），直到有新的请求到来。