深入解析：Linux笔记---UDP套接字编程
1. 核心接口
1.1 创建套接字：socket()
用于创建一个套接字（通信端点），返回套接字描述符（类似文件描述符）。
#include
int socket(int domain, int type, int protocol);- 参数：
- domain：地址族（协议族），如AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）。
- type：套接字类型，如SOCK_STREAM（TCP，面向连接）、SOCK_DGRAM（UDP，无连接）。
- protocol：具体协议（通常为 0，由系统根据前两个参数自动选择，如 TCP 用IPPROTO_TCP，UDP 用IPPROTO_UDP）。
- 返回值：成功返回套接字描述符（非负整数），失败返回-1（需检查errno）。
1.2 绑定地址和端口：bind()
将套接字与特定的 IP 地址和端口号绑定（主要用于服务器端，指定监听的地址）。
#include
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);- 参数：
- sockfd：socket()返回的套接字描述符。
- addr：指向sockaddr（或sockaddr_in）的指针，包含要绑定的 IP 和端口。
- addrlen：addr结构的长度（如sizeof(struct sockaddr_in)）。
- 返回值：成功返回0，失败返回-1。
- 注意：
- 端口号需用htons()转换为网络字节序（大端）。
- IP 地址通常设为INADDR_ANY（表示监听所有本地网卡的 IP，值为0.0.0.0）；若绑定特定网卡的IP，则需要使用htonl()转换；若IP为点分十进制字符串，则需要inet_addr()进行转换（自动转换为网络字节序）。
1.3 UDP发送：sendto()
向指定地址的 UDP 套接字发送数据报（无需提前连接）。
#include
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);- 参数：sockfd（通信套接字）、buf（数据缓冲区）、len（数据长度）、flags（通常为 0）、dest_addr（目标地址）、addrlen（目标地址长度）。
- 返回值：成功返回发送的字节数，失败返回-1。
1.4 UDP 接收：recvfrom()
接收 UDP 数据报，并获取发送方地址（通过src_addr输出）。
#include
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);- 参数：sockfd（通信套接字）、buf（接收缓冲区）、len（缓冲区大小）、flags（通常为 0）、src_addr（来源地址）、addrlen（来源地址的长度）。
- 返回值：成功返回接收的字节数（0表示对方关闭连接），失败返回-1。
1.5 关闭套接字：close() 或 shutdown()
- close()：关闭套接字，释放资源，终止所有读写操作：
#include int close(int fd); // fd为套接字描述符 - shutdown()：更灵活地关闭连接（可单独关闭读或写）：
#include int shutdown(int sockfd, int how);- how：SHUT_RD（关闭读）、SHUT_WR（关闭写）、SHUT_RDWR（关闭读写，同close()）。
1.6 辅助函数（地址转换）
- inet_addr()：将点分十进制 IP（如"192.168.1.1"）转换为网络字节序的 32 位整数：
#include in_addr_t inet_addr(const char *cp); - inet_ntoa：将网络字节序的 32 位整数转换为点分十进制 IP 字符串：
char *inet_ntoa(struct in_addr in); - 字节序转换：htons()（主机→网络，16 位）、htonl()（主机→网络，32 位）、ntohs()（网络→主机，16 位）、ntohl()（网络→主机，32 位）。
2. UDP客户/服务器通信流程
2.1 服务器端
服务器端的通用流程（日志可以忽略）：
// （1）面向数据报, UDP套接字
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd 0)
{
buffer[n] = 0;
std::string client_ip = inet_ntoa(client_addr.sin_addr);
in_port_t client_port = ntohs(client_addr.sin_port);
// 对客户端传来的信息进行处理
_func(buffer, client_ip, client_port);
sendto(_sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_addr_len);
}
}
// （4）关闭套接字
close(_sockfd);封装UDP服务端：
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "Log.hpp"
#define BUFFER_SIZE 1024
#define DEFAULT_PROT 8888
#define EXITSIGNAL "exit"
using func_t = std::function;
std::string default_func(const std::string &message, const std::string &ip, in_port_t port)
{
std::cout 0)
{
buffer[n] = 0;
std::string client_ip = inet_ntoa(client_addr.sin_addr);
in_port_t client_port = ntohs(client_addr.sin_port);
std::string ret_message = _func(buffer, client_ip, client_port);
sendto(_sockfd, ret_message.c_str(), ret_message.size(), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_addr_len);
}
}
}
private:
int _sockfd;
in_port_t _port;
bool isrunning;
func_t _func;
};2.2 服务端ip与端口号
首先我们在命令行输入[ifconfig]，来获取本地网卡的ip地址：
注意，eth0处的ip地址是局域网地址，lo处的地址127.0.0.1 是 IPv4 协议中的环回地址（Loopback Address），专门用于本地主机（当前计算机）内部的网络通信，其核心特点是：数据发送到这个地址后，会直接被本机的网络协议栈接收，不会通过物理网卡发送到外部网络。
除此之外，如果你使用的是一台服务器，它应该还配备了公网ip。
因为我们的服务器端绑定的地址是INADDR_ANY，所以对于客户端来说：
- 位于服务器所在的机器上：三个ip地址皆可访问到服务端。
- 位于同一局域网的不同机器上：可以使用局域网ip和公网ip。
- 位于不同网域需跨网通信：只能使用公网ip。
如果我们绑定的是特定地址，那么就只能通过这个特定地址来访问服务端，可用的范围依然遵循上面的规则。
至于端口号，我们只需要在可用范围[1024 - 65535]内任选即可，但是注意不要和其他进程冲突。
2.3 客户机端
// （1）面向数据报，UDP套接字
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd 0)
{
buffer[n] = 0;
std::cout << "Server Message# " << buffer << std::endl;
}
}
// （4）关闭套接字
close(_sockfd);封装UDP客户端：
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "Log.hpp"
#define BUFFER_SIZE 1024
#define DEFAULT_PROT 8888
using namespace LogModule;
class UDPClient
{
public:
UDPClient(const std::string &ip, in_port_t port)
: _server_addr_len(sizeof(_server_addr))
{
_server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
_server_addr.sin_family = AF_INET;
_server_addr.sin_port = htons(port);
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd 0)
{
buffer[n] = 0;
std::cout << "Server Message# " << buffer << std::endl;
}
}
}
private:
int _sockfd;
struct sockaddr_in _server_addr;
socklen_t _server_addr_len;
};2.4 客户端ip与端口号
客户端并不需要显式绑定ip与端口号，在客户端套接字首次发送消息时，操作系统会自动分配端口号并绑定ip地址与端口号。
那为什么服务端需要我们显式绑定呢？这是因为，隐式绑定的ip与端口号是动态的，可能变化的；而服务端需要固定的ip与端口号，方便用户进行访问。
2.5 客户服务器通信演示
// 客户端代码
#include "Client.hpp"
int main(int argc, char* args[])
{
if(argc != 3)
{
std::cerr << "Usage: Server + ip + port" << std::endl;
exit(errno);
}
in_port_t port = std::stoi(args[2]);
UDPClient client(args[1], port);
client.Start();
return 0;
}
// 服务端代码
#include "Server.hpp"
int main(int argc, char* args[])
{
if(argc != 2)
{
std::cerr << "Usage: Server + port" << std::endl;
exit(errno);
}
in_port_t port = std::stoi(args[1]);
UDPServer server(port);
server.Start();
return 0;
}
3. C/S音译中字典程序
即，客户端发送想要翻译的英文单词，服务器端进行翻译并返回中文。
客户端的代码不需要变，就和上面的回声程序保持一致即可，我们对服务器端进行如下调整：
3.1 Server.cpp
#include "Server.hpp"
#include "Dictionary.hpp"
int main(int argc, char* args[])
{
if(argc != 2)
{
std::cerr << "Usage: Server + port" << std::endl;
exit(errno);
}
Dictionary dict;
dict.Load();
in_port_t port = std::stoi(args[1]);
UDPServer server(port, [&dict](const std::string& message, const InetAddr& client){
return dict.Check(message);
});
server.Start();
return 0;
}3.2 Server.hpp
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"
#define BUFFER_SIZE 1024
#define DEFAULT_PROT 8888
#define EXITSIGNAL "exit"
using func_t = std::function;
std::string default_func(const std::string &message, const InetAddr& client)
{
std::cout 0)
{
buffer[n] = 0;
InetAddr client(client_addr);
std::string ret_message = _func(buffer, client);
sendto(_sockfd, ret_message.c_str(), ret_message.size(), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_addr_len);
}
}
}
private:
int _sockfd;
in_port_t _port;
bool isrunning;
func_t _func;
};3.3 InetAddr.hpp
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include "Log.hpp"
using namespace LogModule;
class InetAddr
{
public:
InetAddr(const struct sockaddr_in& addr)
{
_ip = inet_ntoa(addr.sin_addr);
_port = ntohs(addr.sin_port);
}
std::string Ip() const {return _ip;}
in_port_t Port() const {return _port;}
private:
std::string _ip;
in_port_t _port;
};3.4 Dictionary.hpp
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include "Log.hpp"
const std::string esp = ": ";
const std::string default_path = "./dictionary.txt";
const std::string default_ret = "未知单词";
using namespace LogModule;
class Dictionary
{
public:
bool Load(const std::string& path = default_path)
{
std::ifstream dict_file(path);
if(!dict_file.is_open())
{
LOG(LogLevel::ERROR) _dict;
};3.5 dictionary.txt
apple: 苹果
hello: 你好
shishen: 佐助
winter: 冬天
summer: 夏天
hate: 恨
banana: 香蕉
orange: 橘子
god: 神
car: 车
cup: 杯子
key: 钥匙
浙公网安备 33010602011771号