Linux下C语言编写的Hello/Hi聊天程序

1. Socket简介　　

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。socket接口是TCP/IP网络的API，socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。网络的 Socket数据传输是一种特殊的I/O，socket也是一种文件描述符。socket也具有一个类似于打开文件的函数调用socket()，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该socket实现的。

2. socket编程

2.1 通信流程图

有连接的通信流程图：

 无连接的通信流程图：

2.2 通信过程

• Socket建立

　　为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：

　　int socket(int domain, int type, int protocol);
　   domain：指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）。

　　type：指定socket的类型。 常用的有SOCK_STREAM （流服务，TCP协议），SOCK_DGRAM（数据报服务，UDP协议），此外 ，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议。　　

　　protocol：通常取0。

　　socket()调用返回一个整型socket描述符。Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为你管理描述符表。

　　两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。 

• Socket配置

　 　通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用connect函数配置本地信息无，而无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。
　　bind函数将socket与本机上的一个端口相关联，随后你就可以在该端口监听服务请求。bind函数原型为：
　　 int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
　　 sockfd：表示调用socket函数返回的socket描述符。

　　my_addr：表示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：地址长度，常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
　　 struct sockaddr结构类型是用来保存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，代表Internet（TCP/IP）地址族；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 */
　　 };
　 　sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度，可以用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。

　　注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。
　　bind()函数在成功被调用时返回0；出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。

• 连接建立

　　 listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。函数原型如下：

　　 int listen(int sockfd， int backlog);　　
　　sockfd ：表示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。

　　面向连接的客户程序使用connect函数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：表示socket函数返回的socket描述符。

　　serv_addr：表示包含远端主机IP地址和端口号的指针。

　　addrlen：表示远端地址的长度。

　　 accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。
　　 int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
　 　 sockfd：被监听的socket描述符。

　　addr：一个指向sockaddr_in变量的指针。

　　addrten：通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。
　　当accept函数监视的 socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍可以继续在以前的 socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据传输操作。

• 数据传输

　　 send()和recv()这两个函数用于面向连接的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：传输数据的socket描述符，也就是服务端accpt()后返回的socket。

　　msg：指向要发送数据的指针。

　　len：以字节为单位的数据的长度。

　　flags：一般情况下置为0。

　　Send()函数返回实际上发送出的字节数，出错时返回-1。
　　 recv()函数原型为：
　　 int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
　　 sockfd：接受数据的socket描述符。

　　buf ：存放接收数据的缓冲区。

　　len：缓冲区的大小。

　　flags：一般为0。

　　recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时返回-1。

 

　　sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。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s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。

 

　　另外，可以用read/write函数进行读写，这是以文件的角度操控socket。

　　ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);  

　　ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);  

　　read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误；如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd，成功时返回写的字节数；失败时返回-1，并设置errno变量。

• 结束传输

　　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：
　　int close(int sockfd);

　　close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求　　　　

　　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，而另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是需要关闭的socket的描述符，参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：
　　 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
　　 shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。

3.实验代码和结果

3.1实验代码

服务端代码server.c

//server.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
const char* ip = "192.168.43.157";
int port = 6666;

int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
printf("创建SOCKET失败\n");
return -1;
}
printf("创建SOCKET成功!\n");

struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);


if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
{
printf("绑定失败!\n");
return -1;
}
printf("绑定成功!\n");

if(listen(sockfd, 10) < 0)
{
printf("监听失败!\n");
return -1;
}
printf("监听成功!\n");

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addrlength = sizeof(client_addr);

int client;
client = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addrlength);
if(client < 0)
{
printf("接收失败!\n");
return -1;
}
char remote[INET_ADDRSTRLEN];
printf("有客户端连接进来了.IP:%s, port:%d\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
char sendBuff[255];
sprintf(sendBuff, "Welcome.");
write(client, sendBuff, sizeof(sendBuff));
memset(sendBuff, 0, sizeof(sendBuff));
char recvBuff[255];

while(1)
{
memset(recvBuff, 0, sizeof(recvBuff));
read(client, recvBuff, sizeof(recvBuff));
if(strcmp(recvBuff, "quit") == 0) // || strcmp(recvBuff, " ") == 0){
{
printf("Conversation will be closed.\n");
break;
}
printf(">> %s\n", recvBuff);
}
close(client);
close(sockfd);
return 0;
}

 客户端代码client.c

//client.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
const char* ip = "172.16.102.6";
int port = 6666;
int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
printf("创建SOCKET失败\n");
return -1;
}
printf("创建SOCKET成功!\n");

struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
//inet_pton(AF_INET, ip, &serv_addr.sin_addr);
serv_addr.sin_port = htons(port);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

//serv_addr.sin_port = htons(12345);
//serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)))
{
printf("连接失败!\n");
return -1;
}
printf("连接成功!\n");
char recvBuff[255];
read(sockfd, recvBuff, sizeof(recvBuff));
printf("from server:%s\n",recvBuff);
char sendBuff[255];
sprintf(sendBuff, "Hello.");
write(sockfd, sendBuff, sizeof(sendBuff));

while (1)
{
memset(sendBuff, 0, 255);
printf("发送:");
//get input from keyboard using fileinput
fgets(sendBuff,sizeof(sendBuff), stdin);
strtok(sendBuff, "\n");
if(strcmp(sendBuff, " ") == 0 || strcmp(sendBuff, "") == 0)
{
printf("Your input is empty.");
continue;
}
write(sockfd, sendBuff, sizeof(sendBuff));
if(strcmp(sendBuff, "quit") == 0)
{
printf("End conversation.\n");
break;
}
}
close(sockfd);
return 0;
}

3.2 实验结果

进入源文件所在目录，有server.c和client.c两个文件，输入gcc server.c -o server && gcc client.c -o client编译成功后，可以看到目录下出现了两个新文件server和client，输入./server启动服务端，另开一个终端进入相同目录，输入./client启动客户端，连接成功后服务端发送一个Hello，然后进入循环接收，客户端可以发送消息，服务端显示客户端发送的数据，当客户端输入quit时结束会话。