C++网络编程实战教程及Socket编程技术深入解析-源码库

C++网络编程实战：从Socket基础到高并发服务器实现

作为一名在后台开发领域摸爬滚打多年的程序员，我深知网络编程在C++项目中的重要性。今天我想和大家分享一些Socket编程的实战经验，从最基础的TCP通信到高并发服务器的实现，希望能帮助大家少走弯路。

1. Socket编程基础与环境准备

在开始编写网络程序之前，我们需要了解Socket的基本概念。Socket可以理解为网络通信的端点，就像打电话时的听筒和话筒。在Linux环境下，我们主要使用Berkeley Socket API。

首先确保你的开发环境支持网络编程：

# 检查系统头文件
ls /usr/include/sys/socket.h
# 安装必要的开发工具
sudo apt-get install build-essential

2. TCP服务器端实现

让我们从创建一个简单的TCP服务器开始。这里有个坑需要注意：一定要正确处理错误码和资源释放。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        return -1;
    }
    
    // 设置SO_REUSEADDR避免端口占用问题
    int opt = 1;
    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    
    sockaddr_in address{};
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
    
    if (bind(server_fd, (sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        std::cerr << "Bind failed" << std::endl;
        close(server_fd);
        return -1;
    }
    
    if (listen(server_fd, 5) < 0) {
        std::cerr << "Listen failed" << std::endl;
        close(server_fd);
        return -1;
    }
    
    std::cout << "Server listening on port 8080..." << std::endl;
    
    while (true) {
        sockaddr_in client_addr{};
        socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
        int client_fd = accept(server_fd, (sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        
        if (client_fd < 0) {
            std::cerr << "Accept failed" << std::endl;
            continue;
        }
        
        // 处理客户端连接
        char buffer[1024] = {0};
        read(client_fd, buffer, 1024);
        std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;
        
        const char* response = "Hello from server!";
        write(client_fd, response, strlen(response));
        
        close(client_fd);
    }
    
    close(server_fd);
    return 0;
}

3. TCP客户端实现

客户端相对简单，但要注意连接超时和错误处理。在实际项目中，我建议使用非阻塞模式或者设置连接超时。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
        return -1;
    }
    
    sockaddr_in serv_addr{};
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);
    
    // 转换IP地址
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        std::cerr << "Invalid address" << std::endl;
        close(sock);
        return -1;
    }
    
    if (connect(sock, (sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        std::cerr << "Connection failed" << std::endl;
        close(sock);
        return -1;
    }
    
    const char* message = "Hello from client!";
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    
    char buffer[1024] = {0};
    read(sock, buffer, 1024);
    std::cout << "Server response: " << buffer << std::endl;
    
    close(sock);
    return 0;
}

4. 高并发服务器：使用I/O多路复用

当需要处理大量并发连接时，简单的阻塞式服务器就不够用了。这里我推荐使用epoll，这是Linux下性能最好的I/O多路复用机制。

#include 
#include 

// 创建epoll实例
int epoll_fd = epoll_create1(0);
if (epoll_fd == -1) {
    std::cerr << "Epoll creation failed" << std::endl;
    return -1;
}

// 添加服务器socket到epoll
epoll_event event{};
event.events = EPOLLIN;
event.data.fd = server_fd;
if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, server_fd, &event) == -1) {
    std::cerr << "Epoll control failed" << std::endl;
    close(epoll_fd);
    return -1;
}

std::vector events(64);
while (true) {
    int num_events = epoll_wait(epoll_fd, events.data(), events.size(), -1);
    for (int i = 0; i < num_events; ++i) {
        if (events[i].data.fd == server_fd) {
            // 处理新连接
            sockaddr_in client_addr{};
            socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
            int client_fd = accept(server_fd, (sockaddr*)&client_addr, &client_len);
            
            epoll_event client_event{};
            client_event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式
            client_event.data.fd = client_fd;
            epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &client_event);
        } else {
            // 处理客户端数据
            int client_fd = events[i].data.fd;
            // ... 数据读写逻辑
        }
    }
}