[网络编程]socket嵌套字的一些常用接口

sockaddr_in 是 Unix 和 Linux 中用于表示 IPv4 地址和端口号的结构体。当创建一个 IPv4 套接字时，这个结构体通常用于 bind(), connect(), sendto(), recvfrom() 等系统调用中，以指定或接收网络地址信息。

sockaddr_in 结构体的定义如下：
struct sockaddr_in {  
    short            sin_family;   // 地址族，对于 IPv4 通常是 AF_INET  
    unsigned short   sin_port;     // 端口号，网络字节序  
    struct in_addr   sin_addr;     // IPv4 地址  
    char             sin_zero[8];  // 未使用的填充字节，通常用零填充  
};
struct in_addr {  
    uint32_t       s_addr;    // 32 位的 IPv4 地址，网络字节序  
};

2.socket

功能

创建一个新的socket，返回一个新的socket文件描述符。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
参数

domain：指定了协议族（也称为协议域或地址族）。常见的值有：

AF_INET：IPv4 互联网协议。

AF_INET6：IPv6 互联网协议。

AF_UNIX（或 AF_LOCAL）：本地进程间通信（Unix 域套接字）。

type：指定了套接字类型。常见的值有：

SOCK_STREAM：提供有序的、可靠的、基于连接的字节流服务。它通常用于 TCP。

SOCK_DGRAM：提供无连接的、不可靠的数据报服务。它通常用于 UDP。

SOCK_RAW：提供原始网络访问，允许应用程序直接操作底层协议。

protocol：通常设置为 0，表示选择默认的协议。在大多数情况下，对于给定的 domain 和 type，系统可以自动确定合适的协议。

返回值

成功时返回socket文件描述符，失败时返回-1，并设置全局变量 errno 以指示错误原因。

3. bind

功能

将一个套接字绑定到一个特定的地址上。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数

sockfd：这是通过 socket() 函数创建的套接字文件描述符。

addr：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体包含了要绑定的地址信息。这个地址可以是 IP 地址和端口号的组合，或者对于 Unix 域套接字，它可能是一个文件路径。

addrlen：这是 addr 参数指向的地址结构体的长度。这允许函数知道 addr 指向的结构的类型（因为 sockaddr 是一个通用结构，有不同的变体，如 sockaddr_in 用于 IPv4，sockaddr_in6 用于 IPv6，sockaddr_un 用于 Unix 域套接字）。

返回值

如果绑定成功，函数返回 0。

如果绑定失败，函数返回 -1，并设置全局变量 errno 以指示错误原因。

4.`listen`

功能

使socket进入监听状态，等待连接。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
int listen(int sockfd, int backlog);
参数

sockfd：这是你想要设置为监听模式的套接字的文件描述符。

backlog：这是一个整数值，指定了内核应该为相应套接字排队的最大连接数

返回值

成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置全局错误变量 errno。

5.`accept`

功能

当一个套接字处于监听模式（通过 listen 函数设置）时，它可以等待来自客户端的连接请求。一旦有客户端尝试连接，accept 函数就会被调用以接受这个连接，并返回一个新的套接字描述符，该描述符专门用于与这个特定客户端的通信。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数

sockfd：这是监听套接字（即调用过 listen 的套接字）的文件描述符。

addr：这是一个指向 sockaddr 结构的指针，该结构用于存储客户端的地址信息。如果不需要客户端的地址信息，这个参数可以设置为 NULL。

addrlen：这是一个指向 socklen_t 类型变量的指针，该变量在调用 accept 之前应该设置为 addr 结构的大小。当 accept 返回时，它将包含实际存储在 addr 中的地址信息的大小。

返回值

成功时返回一个非负整数，这个整数是新套接字的文件描述符，用于与客户端通信。如果出错，则返回 -1 并设置全局错误变量 errno。

6.connect

功能

这个函数通常用在客户端程序中，以连接到服务器端的套接字。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数

sockfd：这是客户端想要连接的套接字的文件描述符。这个套接字之前通常通过 socket 函数创建。

addr：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体包含了目标服务器的地址和端口信息。

addrlen：这是 addr 结构体的大小，以字节为单位。

返回值

成功时返回 0，表示连接已建立。如果连接失败，它将返回 -1 并设置全局错误变量 errno 以指示错误原因。

7.`send`

功能

send 函数用于在已连接的套接字上发送数据。它通常用于 TCP 套接字，因为 TCP 套接字在发送数据之前需要先建立连接。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);  
参数

sockfd：这是已连接套接字的文件描述符。这个套接字之前通常通过 socket 函数创建，并通过 connect 函数与远程主机建立了连接。

buf：这是一个指向要发送数据的缓冲区的指针。这个缓冲区包含了要发送的数据。

len：这是要发送数据的字节数。它指定了从 buf 指向的缓冲区中要发送的字节数。

flags：这是一组标志，用于修改发送操作的行为。这些标志可以影响发送操作的方式，例如是否应该进行非阻塞发送等。常见的标志包括 MSG_DONTWAIT（非阻塞发送）和 MSG_OOB（发送带外数据）。一般设为0，当flags设置为0时，send函数会以阻塞模式尝试发送整个请求的数据块，并等待直到数据被成功发送或发生错误。

返回值

成功时返回发送的字节数，如果出错则返回 -1 并设置全局错误变量 errno。

8.`sendto`

功能

sendto 函数用于在无连接套接字上发送数据。它通常用于 UDP 套接字，因为 UDP 套接字不需要事先建立连接就可以发送数据。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,  
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数

ockfd：这是无连接套接字的文件描述符。

buf 和 len：与 send 函数中的参数相同，分别指向要发送的数据缓冲区和数据长度。

flags：与 send 函数中的标志参数相同。

dest_addr 和 addrlen：这两个参数指定了数据的目标地址和地址长度。对于 UDP 套接字，这通常是接收方的 IP 地址和端口号。

返回值

成功时返回发送的字节数，如果出错则返回 -1 并设置全局错误变量 errno。

9.`recv`

功能

recv 函数用于从已连接的套接字接收数据的函数。它通常与 send 函数配对使用，特别是在 TCP 套接字通信中。TCP 是一种面向连接(面向字节流)的协议，因此在使用 recv 之前，通常需要先通过 socket 和 connect（或 accept 在服务器端）函数建立连接。

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);  
参数

sockfd：这是已连接套接字的文件描述符。这个套接字应该是一个已经建立连接的 TCP 套接字。

buf：这是一个指向接收数据缓冲区的指针。这个缓冲区用于存储从套接字接收到的数据。

len：这是要接收数据的最大字节数。它指定了 buf 指向的缓冲区能够容纳的最大字节数。

flags：这是一组标志，用于修改接收操作的行为。虽然对于 recv 函数来说，这些标志的使用不像 send 函数那么频繁，但它们仍然可以用于一些特殊用途，例如是否应该进行峰值接收等。一般设为0，当 flags 设置为 0 时，recv 会以阻塞模式、顺序接收数据，并移除已读取的数据。这是大多数应用程序在处理 TCP 套接字接收数据时的期望行为。如果你需要改变这些默认行为（例如，使用非阻塞模式或只查看数据而不移除），你应该使用相应的 flags 值。

返回值

成功时返回接收的字节数，失败时返回-1，并设置全局错误变量 errno。如果连接已关闭且没有数据可接收，则返回0。

10.`recvfrom`

功能

recvfrom 函数用于从指定的套接字接收数据，并可以获取发送方的地址信息。这个函数通常用于无连接的套接字类型，如 UDP，但也可以用于连接模式的套接字，如 TCP

原型
#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h>  
  
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,  
                  struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数

int sockfd：要接收数据的套接字的文件描述符。

void *buf：指向一个缓冲区的指针，该缓冲区用于存储接收到的数据。

size_t len：指定 buf 缓冲区的大小，即最多可以接收的字节数。

int flags：指定接收操作的标志。一般设为0，表示进行默认是接收操作。

struct sockaddr *src_addr：指向一个 sockaddr 结构体的指针，用于存储发送方的地址信息。如果此参数为 NULL，则不获取发送方地址。

socklen_t *addrlen：指向一个整数变量的指针，用于存储 src_addr 结构体的实际大小。在调用 recvfrom 之前，应该将此变量设置为 src_addr 结构体的大小（通常使用 sizeof(struct sockaddr)）。如果 src_addr 为 NULL，则此参数也应为 NULL。

返回值

成功时返回接收的字节数，失败时返回-1，并设置全局错误变量 errno。如果连接已关闭且没有数据可接收，则返回0。

11.close

功能

用于关闭一个已打开的文件描述符

原型
#include <unistd.h>  
  
int close(int fd);  
参数

fd 或 sockfd：要关闭的socket的文件描述符。

返回值

如果成功，close 返回 0。如果失败，返回 -1 并设置全局变量 errno 以指示错误原因。

二、字节序之间的转换函数

1. inet_ntoa

功能

将网络字节序的IPv4地址转换成点分十进制的字符串形式。

原型
#include <arpa/inet.h>  
char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
参数

inaddr：一个 struct in_addr 结构体，包含网络字节序的IPv4地址。

返回值

返回指向一个静态存储的点分十进制字符串的指针。如果传入的不是有效的IPv4地址，则结果不可预测。

2. inet_aton

功能

将一个点分十进制的IP地址字符串（例如"127.0.0.1"）转换为一个32位的网络字节序的IP地址

原型
#include <arpa/inet.h>  
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
参数

cp 是一个指向以点分十进制表示的IP地址字符串的指针。

inp 是一个指向 struct in_addr 的指针，该结构体用于存储转换后的网络字节序的IP地址。

返回值

如果转换成功，inet_aton 函数返回非零值；如果输入地址不正确（例如，不是有效的IP地址），则返回零。此外，值得注意的是，使用 inet_aton 函数并没有错误码存放在 errno 中，所以其返回值通常被直接用来判断转换是否成功。

3.inet_addr

功能

一个点分十进制的IPv4地址转换为一个32位的无符号长整型数据（网络字节序）

原型
#include <arpa/inet.h>  
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
参数

cp：指向点分十进制IPv4地址字符串的指针。

返回值

成功时返回网络字节序的IPv4地址，如果输入的不是有效的表示形式则返回 INADDR_NONE

4.inet_pton

功能

将点分十进制的IP地址字符串转换为网络字节序的二进制形式。它支持IPv4和IPv6两种地址族。

原型
#include <arpa/inet.h>  
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
参数

af：指定地址族，AF_INET 指定 IPv4 地址，AF_INET6 指定 IPv6 地址。

src：指向要转换的字符串地址的指针。

dst：指向存放网络字节序的二进制结果的地址的指针。

返回值

如果成功将地址字符串转换为网络字节序整数，inet_pton 会返回 1。

如果输入的地址字符串无效，它会返回 0。

如果发生错误，它会返回 -1。

5.inet_ntop

功能

它的主要作用是将网络字节序（大端序）的IPv4或IPv6地址转换成人类可读的字符串形式。这个函数特别适用于需要将IP地址的数字形式转换为文本格式的场景

原型
#include <arpa/inet.h>  
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
参数

af：地址族，指定了要转换的地址类型。可以是 AF_INET（表示IPv4）或 AF_INET6（表示IPv6）。

src：指向要转换的二进制地址的指针。这个地址应该是网络字节序的。

dst：指向存储转换后的字符串的缓冲区的指针。

size：dst 缓冲区的大小。这用于避免缓冲区溢出。

返回值

如果转换成功，inet_ntop() 函数返回一个指向 dst 的指针，该指针指向转换后的字符串地址。

如果发生错误（比如缓冲区太小无法存储转换后的字符串），则返回值为 NULL，并设置全局错误号 errno。

6.htons

功能

将无符号短整形（16位）数值（端口号））从主机字节序转换为网络字节序

原型
#include <arpa/inet.h>  
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
参数

hostshort参数是一个以主机字节序存储的无符号短整形数值

返回值

返回转换后的网络字节序的无符号短整形数值。

注意

htons函数仅处理16位数值的转换，对于32位数值的转换，应使用htonl（host to network long）函数。同时，对于从网络接收到的数据，需要使用ntohs（network to host short）函数进行相反的转换，即从网络字节序转换回主机字节序。

7.ntohs

功能

用于将16位无符号整数从网络字节序（大端）转换为主机字节序

原型
#include <arpa/inet.h>  
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
参数

netshort是要进行转换的16位无符号整数，以网络字节序表示

返回值

返回转换后的主机字节序的16位无符号整数。