struct sockaddr_in等Socket编程相关数据类型定义- -

本文介绍了网络编程的基本概念,包括计算机数据存储的字节顺序、常用的网络编程结构类型如struct sockaddr和struct sockaddr_in,以及网络编程中关键的系统调用如socket、bind、listen、accept、send/recv和sendto/recvfrom等。此外,还介绍了如何处理域名和IP地址之间的转换。

计算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数据时就需要进行转换。


     我们要讨论的第一个结构类型是:struct sockaddr,该类型是用来保存socket信息的: 
  struct sockaddr { 
  unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */ 
  char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */ }; 
  sa_family一般为AF_INET;sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。 
  另外还有一种结构类型: 
  struct sockaddr_in { 
   short int sin_family; /* 地址族 */ 
   unsigned short int sin_port; /* 端口号 */ 
   struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */ 
   unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */ 
  }; 
  这个结构使用更为方便。sin_zero(它用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度)应该用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换,这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时,你可以在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或者相反。sin_family通常被赋AF_INET;sin_port和 sin_addr应该转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则不需要转换。 
  我们下面讨论几个字节顺序转换函数: 
  htons()--"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long" 
  ntohs()--"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long" 
  在这里, h表示"host" ,n表示"network",s 表示"short",l表示 "long"。 
  打开socket 描述符、建立绑定并建立连接 
  socket函数原型为: 
  int socket(int domain, int type, int protocol); 
  domain参数指定socket的类型:SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM;protocol通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符,你可以在后面的调用使用它。 
  一旦通过socket调用返回一个socket描述符,你应该将该socket与你本机上的一个端口相关联(往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数)。 Bind函数原型为: 
  int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen); 
  Sockfd是一个socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。 
  最后,对于bind 函数要说明的一点是,你可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号: 
  my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */ 
  my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */ 
  通过将my_addr.sin_port置为0,函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样,通过将 my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。Bind()函数在成功被调用时返回0;遇到错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。另外要注意的是,当调用函数时,一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1~1024是保留端口号,你可以使用大于1024中任何一个没有被占用的端口号。 
  Connect()函数用来与远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为: 
  int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen); 
  Sockfd是目的服务器的sockt描述符;serv_addr是包含目的机IP地址和端口号的指针。遇到错误时返回-1,并且errno中包含相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心,内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。 
  Listen()——监听是否有服务请求 
  在服务器端程序中,当socket与某一端口捆绑以后,就需要监听该端口,以便对到达的服务请求加以处理。 
  int listen(int sockfd, int backlog); 
  Sockfd是Socket系统调用返回的socket 描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连接请求将在队列中等待accept()它们(参考下文)。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,大多数系统缺省值为20。当listen遇到错误时返回-1,errno被置为相应的错误码。 
  故服务器端程序通常按下列顺序进行函数调用: 
  socket(); bind(); listen(); /* accept() goes here */ 
  accept()——连接端口的服务请求。 
  当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时,该连接请求将排队等待服务器accept()它。通过调用accept()函数为其建立一个连接, accept()函数将返回一个新的socket描述符,来供这个新连接来使用。而服务器可以继续在以前的那个 socket上监听,同时可以在新的socket描述符上进行数据send()(发送)和recv()(接收)操作: 
  int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen); 
  sockfd是被监听的socket描述符,addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值。 
  Send()和recv()——数据传输 
  这两个函数是用于面向连接的socket上进行数据传输。 
  Send()函数原型为: 
  int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); 
  Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符,msg是一个指向要发送数据的指针。 
  Len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0(关于该参数的用法可参照man手册)。 
  char *msg = "Beej was here!"; int len, bytes_sent; ... ... 
  len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); ... ... 
  Send()函数返回实际上发送出的字节数,可能会少于你希望发送的数据。所以需要对send()的返回值进行测量。当send()返回值与len不匹配时,应该对这种情况进行处理。 
  recv()函数原型为: 
  int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); 
  Sockfd是接受数据的socket描述符;buf 是存放接收数据的缓冲区;len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数,或当出现错误时,返回-1并置相应的errno值。 
  Sendto()和recvfrom()——利用数据报方式进行数据传输 
  在无连接的数据报socket方式下,由于本地socket并没有与远端机器建立连接,所以在发送数据时应指明目的地址,sendto()函数原型为: 
  int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen); 
  该函数比send()函数多了两个参数,to表示目地机的IP地址和端口号信息,而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。 
  Recvfrom()函数原型为: 
  int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); 
  from是一个struct sockaddr类型的变量,该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时,fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1,并置相应的errno。 
  应注意的一点是,当你对于数据报socket调用了connect()函数时,你也可以利用 send()和recv()进行数据传输,但该socket仍然是数据报socket,并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时,内核会自动为之加上目地和源地址信息。 
  Close()和shutdown()——结束数据传输 
  当所有的数据操作结束以后,你可以调用close()函数来释放该socket,从而停止在该socket上的任何数据操作:close(sockfd); 
  你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输,而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据,直至读入所有数据。 
  int shutdown(int sockfd,int how); 
  Sockfd的含义是显而易见的,而参数 how可以设为下列值: 
  ·0-------不允许继续接收数据 
  ·1-------不允许继续发送数据 
  ·2-------不允许继续发送和接收数据,均为允许则调用close () 
  shutdown在操作成功时返回0,在出现错误时返回-1(并置相应errno)。 
  DNS——域名服务相关函数 
  由于IP地址难以记忆和读写,所以为了读写记忆方便,人们常常用域名来表示主机,这就需要进行域名和IP地址的转换。函数gethostbyname()就是完成这种转换的,函数原型为: 
  struct hostent *gethostbyname(const char *name); 
  函数返回一种名为hosten的结构类型,它的定义如下: 
  struct hostent { 
   char *h_name; /* 主机的官方域名 */ 
   char **h_aliases; /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ 
   int h_addrtype; /* 返回的地址类型,在Internet环境下为AF-INET */ 
   int h_length; /*地址的字节长度 */ 
   char **h_addr_list; /* 一个以0结尾的数组,包含该主机的所有地址*/ 
  }; 
 #define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一个地址*/

 
<think>我们正在讨论C++中的struct sockaddr_in结构体。根据引用[1],struct sockaddr_in定义如下: ```c struct sockaddr_in { short sin_family; // 地址族,必须为AF_INET u_short sin_port; // 端口号(16位) struct in_addr sin_addr; // IPv4地址(32位) char sin_zero[8]; // 未使用,必须填充0 }; ``` 其中,`in_addr`结构体定义如下: ```c struct in_addr { unsigned long s_addr; // IPv4地址(网络字节序) }; ``` 在C++中,我们使用这个结构体来设置IPv4地址和端口号,以便进行网络编程(如TCP/UDP套接字编程)。 ### 使用步骤: 1. **包含头文件**: ```cpp #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> // 包含sockaddr_inin_addr #include <arpa/inet.h> // 包含inet_addr等转换函数 ``` 2. **创建并初始化结构体**: ```cpp struct sockaddr_in server_addr; memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 初始化为0 ``` 3. **设置地址族**: ```cpp server_addr.sin_family = AF_INET; // IPv4 ``` 4. **设置端口号**(注意使用网络字节序): ```cpp server_addr.sin_port = htons(8080); // 设置端口为8080,htons将主机字节序转换为网络字节序(16位) ``` 5. **设置IP地址**(字符串形式的IP地址转换为网络字节序): ```cpp // 方法1:使用inet_addr(将点分十进制字符串转换为32位网络字节序整数) server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 方法2:使用inet_pton(推荐,支持IPv6) if (inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &server_addr.sin_addr) <= 0) { // 错误处理 } ``` 6. **使用结构体**: - 在`bind()`、`connect()`、`sendto()`等函数中,需要将`sockaddr_in`强制转换为`sockaddr*`类型: ```cpp int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); ``` ### 完整示例(TCP客户端连接): ```cpp #include <iostream> #include <cstring> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> int main() { // 创建套接字 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) { perror("socket"); return 1; } // 设置服务器地址 struct sockaddr_in server_addr; memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(8080); // 服务器端口 if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr) <= 0) { perror("inet_pton"); close(sockfd); return 1; } // 连接服务器 if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) { perror("connect"); close(sockfd); return 1; } std::cout << "Connected to server!" << std::endl; close(sockfd); return 0; } ``` ### 注意事项: - **字节序转换**:端口号(16位)和IP地址(32位)必须使用网络字节序(大端序)。使用`htons`(host to network short)转换端口,`htonl`(host to network long)转换IP地址(但`inet_addr`和`inet_pton`已自动处理)。 - **清零结构体**:使用`memset`或`bzero`将结构体清零,避免未初始化字段导致的问题。 - **地址转换**:推荐使用`inet_pton`(presentation to network)代替`inet_addr`,因为它支持IPv6且更安全。 通过以上步骤,我们可以在C++中正确使用`sockaddr_in`结构体进行网络编程[^1]。 §§相关问题§§ 1. 如何将网络字节序的IP地址转换回字符串形式? 2. `sockaddr_in`和`sockaddr`有什么区别? 3. 在IPv6编程中应该使用什么结构体?</think>### C++ 中 `struct sockaddr_in` 的定义与使用 `struct sockaddr_in` 是用于 IPv4 地址处理的网络编程核心结构体,定义在 `<netinet/in.h>` 头文件中。以下是详细说明: #### 结构体定义(引用[1]) ```cpp struct sockaddr_in { short sin_family; // 地址族,必须为 AF_INET u_short sin_port; // 16位端口号(网络字节序) struct in_addr sin_addr; // 32位IP地址 char sin_zero[8]; // 填充字节(必须为0) }; struct in_addr { unsigned long s_addr; // 32位IPv4地址(网络字节序) }; ``` #### 核心字段说明 1. **`sin_family`**:地址族类型 ```cpp server_addr.sin_family = AF_INET; // IPv4协议 ``` 2. **`sin_port`**:端口号(必须使用网络字节序) ```cpp server_addr.sin_port = htons(8080); // 主机字节序转网络字节序 ``` 3. **`sin_addr`**:IP地址(支持多种赋值方式) ```cpp // 方法1:直接赋值(网络字节序) server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 方法2:使用主机名解析(引用[2]) struct hostent* host = gethostbyname("example.com"); memcpy(&server_addr.sin_addr, host->h_addr, host->h_length); ``` #### 完整使用示例 ```cpp #include <iostream> #include <cstring> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> int main() { // 创建结构体实例 struct sockaddr_in server_addr; // 初始化为零 memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 设置地址族 server_addr.sin_family = AF_INET; // 设置端口(主机字节序 → 网络字节序) server_addr.sin_port = htons(8080); // 设置IP地址(字符串 → 网络字节序) server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 在套接字操作中使用(如bind) int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 转换为可读格式 std::cout << "IP: " << inet_ntoa(server_addr.sin_addr) << " Port: " << ntohs(server_addr.sin_port) << std::endl; return 0; } ``` #### 关键注意事项 1. **字节序转换**: - 发送数据:`htons()`(主机→网络) - 接收数据:`ntohs()`(网络→主机) 2. **地址转换函数**: ```cpp inet_addr("192.168.1.1"); // 字符串→网络字节序(已弃用) inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &addr); // 推荐替代方案 inet_ntoa(server_addr.sin_addr); // 网络字节序→字符串 ``` 3. **结构体清零**: ```cpp memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 避免未初始化错误 ``` 4. **类型转换**: ```cpp // 在套接字函数中需要强制转换 connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); ``` > 此结构体是TCP/UDP编程的基础,在创建服务器或客户端时都需要使用(参考TCP示例[^3])。实际使用时需包含头文件:`#include <netinet/in.h>`[^1]。
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