Linux Socket编程
在网络中，IP 标识了全网唯一的主机，port 标识了主机上唯一的进程。socket = IP + port ，所以 socket 编程（套接字编程），就是通过用户的提供 IP 和端口，调用 socket 接口进行网络连接的技术。我们所进行的网络编程，实际就是在应用层上自定义应用层协议，应用层的下一层是传输层，所以 socket 编程需要我们了解 UDP 和 TCP 的区别和作用。其他层的协议，并不在应用层上不会进行操作。
在进行网络连接时，我们会在 UDP 和 TCP 两种连接方式中进行选择。UDP 的特点是：无连接，不可靠，面向数据报，适用于简单的网络传输中；TCP 的特点是：有连接，可靠，面向字节流，适用于需要保持稳定连接的网络传输中。
UDP 就像是赛博送信，信什么时候送到，以及能不能送到，UDP 都不关心。而 TCP 则相当于电话聊天，我们会先询问对方是否在听，再进行电话交流，最后还有告诉对方我要挂了（即 TCP 的三次握手和四次挥手）。
注意 UDP 不会对数据进行分包，也就是要传输一个特别大的文件时，适用 UDP 会导致超过 UDP 传输上限的后续内容全部丢失。如果非得适用 UDP 进行大文件传输，需要在应用层自定义 UDP 分包合包协议。
1. 网络编程常见API
1.1 socket常见API
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
创建socket文件描述符（TCP/UDP，客户端+服务器）
int socket(int domain, int type, int protocol)
domain：表示参数是一个域，需要输入预设好的宏变量。域的宏变量有很多，如果是AF_UNIX则用于本地通信；如果是AF_INET则用于网络通信。
type：表示套接字的类型，需要输入预设好的宏变量。类型的宏变量也有很多，如SOCK_DGRAM表示无连接、不可靠、指定大小的通信类型。
protocol：表示指定协议，如果不想（不用）指定，可以设置为0。
return val：成功返回值是一个文件描述符。网卡也是一个文件，socket()相当于打开了网卡的文件，网络通信是再向网卡进行IO。
绑定端口号（TCP/UDP，服务器）
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)
bind()用于将一本地地址（*addr）与一套接口捆绑（sockfd），该函数须在connect()或listen()调用前使用。
sockfd：填入socket()返回的文件描述符。
*addr：是指向sockaddr_in结构体或sockaddr_un结构体的指针。这两个结构体都需要提前实例化进行设置才能使用。
addrlen：表示addr结构的长度，可以用sizeof操作符获得。
开始监听socket（TCP，服务器）
int listen(int sockfd, int backlog)
listen()将sockfd设置为监听套接字，此后便可以用accept()接受连接。
sockfd：填入socket()返回的文件描述符。
backlog：连接请求队列的最大长度（一般由2到4），用SOMAXCONN则为系统给出的最大值。
接收请求（TCP，服务器）
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)
accept()相当于一个中转站，sockfd将来自网络另一端的连接接收，accept的返回值才是为该链接提供服务的 fd 。如果sockfd无连接，accept()将会阻塞等待，直到有链接。（注意sockfd必须是调用listen()之后的监听套接字）
return fd：返回值是一个文件描述符，是用于为用户提供网络IO服务的套接字。
建立连接（TCP，客户端）
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)
connect()与bind()的作用相同，只是connect()在客户端中使用，bind()在服务器中使用。
1.2 序列转换常用API
头文件 和 API：
#include <arpa/inet.h>uint32_t htonl(uint32_t hostlong);uint16_t htons(uint16_t hostshort);uint32_t ntohl(uint32_t netlong);uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
这些函数将整型在主机字节序和网络字节序之间转换。h 表示 host ，n 表示 network ，l 表示 32 位长整数，s 表示 16 位短整数。
如果主机是小端字节序，这些函数将参数进行相应的大小端转换后返回。
如果主机是大端字节序，调用这些函数将不对参数做处理直接返回。
头文件：
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
API：
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
inet_ntoa()将网络地址转换成“点分十进制”的字符串格式IP形式返回。
inet_ntoa()返回了一个 char* ，显然在函数内部为我们申请了一块内存空间来保存 IP。man 手册上描述，返回值放到了静态存储区，不需要手动释放。重复调用（同一线程）会覆盖原来的内存空间。
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst)
inet_pton()能够将“点分十进制”字符串形式的IP传入，将其转为网络序列的4字节整数，这是一个方便且安全的转换接口。
*dst：传入struct in_addr的地址。
const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size)
inet_ntop()能够将网络序列的4字节整数IP转为主机序列后再转为“点分十进制”字符串形式返回，这是一个方便且安全的转换接口。
*dst：传入struct in_addr的地址。
1.3 网络通信发送接收常用API
#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)
recvfrom()用于接收远程主机经指定的socket传来的数据，并把数据传到由参数buf指向的内存空间。适用于未连接的套接字，一般用于UDP。
ssize_t：表示signed size_t类型，ssize_t数据类型用来表示可以被执行读写操作的数据块的大小。（ssize_t 相当于 long int，用这个名字为的是提高代码的自说明性）
len：为可接收数据的最大长度。
falgs：表示调用操作方式。一般设置为0。
socklen_t：socklen_t是一个大小必须为16位的数据结构。（socklen_t 相当于int ，用这个名字为的是提高代码的自说明性）
*addrlen：指向src_add的指针，在调用recvfrom()之前应设置为src_add的长度，在调用之后将被设置为新接收到的地址的实际大小。
return val：成功返回接收到的字符数，返回0表示对方关闭连接，失败返回-1。
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
recv()适用于已连接的套接字，一般用于TCP。
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen)
sendto()，指向一指定目的地发送数据,用于发送未建立连接的UDP数据包 （参数为SOCK_DGRAM）。参数flags 一般设0。其他说明略。
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)
send()用于TCP。
FILE *popen(const char *command, const char *type)
popen()通过创建一个管道，调用 fork 产生一个子进程，执行一个 shell 以运行命令来开启一个进程。
*command：Linux命令
*type：即打开文件的方式，如果 type 是 “r” 则文件指针连接到 command 的标准输出；如果 type 是 “w” 则文件指针连接到 command 的标准输入。
return val：成功返回一个管道的文件指针，失败返回NULL。
1.4 sockaddr结构
socket API 是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，但各种网络协议的地址格式并不相同。于是就有了 sockaddr_in 结构体用于本地通信，sockeaddr_un结构体用于网络通信，但 socke API 没有各自为其设置不同的接口，而是使用指针作为参数，通过指针指向不同的结构体类型实现了多态。
1.5 sockaddr_in
struct sockaddr_in 是一个在 C 和 C++ 中用于描述 IPv4 地址的结构体。这个结构体通常用于套接字编程中，表示一个 IPv4 地址和端口号。struct sockaddr_in 结构体的大小通常是 16 个字节，其中 sin_zero 的存在确保了与 sockaddr 结构体的对齐和大小一致性。
注意：为保证使用中不被随机值影响，sockaddr_in对象在定义后一般会使用memset()将内部随机值设置为0。
sockaddr_in有四个成员变量：
sin_family
sin_family指定了协议族，在sockaddr_in中只能被定义成
AF_INET（表示 IPv4 使用的地址族）
sin_port
sin_port用于存储端口号。sin_port以网络字节序存储（大端），所以在设置时需要将主机序列转为网络序列（使用
htons()）
sin_addr
sin_addr是一个结构体类型，其包含的
s_addr成员表示32位IPv4地址，以网络字节序存储，使用inet_addr()或inet_pton()直接存储IP即可。sin.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1"); // 将字符串形式的IP地址转换为网络字节序并赋值 inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &sin.sin_addr); // 使用 inet_pton() 函数注意：将s_addr设置为
INADDR_ANY表示进行任意IP地址绑定。 在使用云服务器时对其设置为INADDR_ANY才可在本地测试网络通信。
sin_zero
这个成员仅用于保证sockaddr_in的结构体大小为16位。
2. socket UDP编程和TCP编程
UDP
UDP的特点是无连接，不可靠，面向数据报。与TCP相比，UDP较简单。UDP的 socket 在创建时，要将 type 参数设置为 SOCK_DGRAM表示面向数据报，使用 recvfrom() 接收彼端传来的数据，使用 sendto() 向彼端发送数据。
TCP
TCP的特点是有连接，可靠，面向字节流。与UDP相比，TCP较复杂。TCP的 socket 在创建时，要将 type 参数设置为 SOCK_STREAM 表示面向字节流，由于TCP有连接，套接字在使用前需要使用 listen() 将套接字设置为监听套接字，再使用 accept() 接收请求。在客户端，要使用 connect() 使客户端与服务器连接。使用 recv() 接收彼端的数据，使用 send() 向彼端发送数据。
共同点
- 端口号的类型必须是
uint16_t，使用端口号前注意当前是网络序列还是主机序列，是否需要进行序列转换。 - UDP和TCP的服务器端的IP需要设置为
ADDR_ANY，表示随机IP地址，只需要确定端口号。而客户端则需要确定IP地址和端口号。 - UDP和TCP在外层创建的socket不需要显式的bind，但是一定要有自己的 IP 和 port，所以需要隐式的 bind，OS会使用自己的 IP 和随机的端口号，自动 bind socket。
- 网络编程中，通常
read()返回值大于0认为是正常读取，为0认为是通信正常结束，小于0认为是出错。
3. windows作为client访问Linux
Windows没有 Linux 使用的那些系统标准库，要使用相同的函数，需要手动引入：
#include <WinSock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") //这个和WinSock2.h是对应关系
#pragma warning(disable : 4996) //用于屏蔽c语言接口不安全的报错
在Windows中，使用 ws2_32.lib的哪一个版本，也需要声明：
int main()
{WSADATA wsd; //WSA是Windows Sockets API的缩写WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsd); //表示使用2.2版本的库return 0;
}
Windows中还对sockfd进行了封装：
SOCKET sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); //SOCKET是套接字描述符，实际用int也能编过
closesocket(sockfd); //关闭sockfd也有对应的函数
因为Windows没有一切皆文件的概念，所以套接字会有一个描述符类型
在使用完创建的套接字后，还需要对加载的库资源进行清理：
WSACleanup();
4. 开发端口
测试程序：TCPdemo
测试工具：Windows cmd
命令：telnet [ip] [port]