C 語言 TCP Socket 編程：從零構建基礎服務器與客戶端

Socket 編程核心流程

基於 TCP 的 Socket 通信遵循經典的「服務器被動打開，客戶端主動連接」模型。以下是 Linux 環境下的完整實現。

服務器端實現

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    int res, listenfd, clientfd;
    char buff[BUFSIZ] = "";
    int len;
    
    struct sockaddr_in serveraddr;
    bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    
    serveraddr.sin_family = AF_INET;                    // IPv4
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);     // 綁定所有本地接口
    serveraddr.sin_port = htons(50002);                 // 端口 50002
    
    len = sizeof(serveraddr);
    
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);         // 創建流式套接字
    bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, len); // 綁定地址
    listen(listenfd, 23);                               // 監聽，最大排隊 23
    
    printf("等待客戶端連接...\n");
    clientfd = accept(listenfd, NULL, NULL);            // 阻塞等待連接
    printf("已接受一個客戶端連接\n");
    
    while (strncmp(buff, "end", 3)) {
        res = read(clientfd, buff, BUFSIZ);             // 讀取客戶端數據
        if (res <= 0) break;                            // 連接關閉或出錯
        
        write(STDOUT_FILENO, buff, res);                // 輸出到屏幕(文件描述符 1)
        write(clientfd, "server", 6);                   // 回應客戶端
    }
    
    close(clientfd);
    close(listenfd);
    return 0;
}

關鍵函數解析

網絡字節序轉換

• htons() / htonl()：主機序 → 網絡序（大端）
• ntohs() / ntohl()：網絡序 → 主機序
• 端口號、IP 地址在網絡傳輸必須使用網絡字節序。

客戶端實現

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int res, connfd, len;
    struct sockaddr_in connaddr;
    char buff[BUFSIZ];
    
    if (argc < 2) {
        printf("用法: %s <服務器IP>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    bzero(&connaddr, sizeof(connaddr));
    connaddr.sin_family = AF_INET;
    connaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  // 命令行參數指定服務器 IP
    connaddr.sin_port = htons(50002);               // 必須與服務器一致
    
    connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    len = sizeof(connaddr);
    
    if (connect(connfd, (struct sockaddr*)&connaddr, len) < 0) {
        perror("連接失敗");
        exit(1);
    }
    
    write(connfd, "Hello!", 7);  // 發送初始消息
    
    while ((res = read(connfd, buff, BUFSIZ)) > 0) {
        printf("收到 %d 字節: ", res);
        write(STDOUT_FILENO, buff, res);  // 顯示服務器回應
        
        res = read(STDIN_FILENO, buff, BUFSIZ);  // 從標準輸入讀取
        if (res > 0) write(connfd, buff, res);   // 發送給服務器
    }
    
    close(connfd);
    return 0;
}

客戶端關鍵點

• inet_addr() 將點分十進制 IP 字符串轉為網絡序整數。
• connect() 主動發起三次握手。
• 雙向通信循環：讀服務器 → 讀鍵盤 → 寫服務器。

編譯與運行

# 服務器
gcc server.c -o server
./server

# 客戶端 (另一終端，假設服務器 IP 為 127.0.0.1)
gcc client.c -o client
./client 127.0.0.1

TCP 連接關閉與 read 返回值語義

文章正確指出：

• 正常關閉（發送 FIN）：read() 返回 0（EOF）。
• 異常關閉（發送 RST）：read() 返回 -1，errno 置 ECONNRESET。
• ACK 確認包在內核層處理，不會 被應用層 read() 讀到。

因此循環條件 while (read(...) > 0) 是正確模式，0 即跳出關閉套接字。

進階擴展方向

1. 並發服務器：fork()、pthread、select/poll/epoll 處理多客戶端。
2. 黏包/拆包：TCP 是流式協議，應用層需自定義協議幀（長度前綴、分隔符）。
3. 優雅關閉：shutdown(fd, SHUT_WR) 半關閉，配合讀取對端 EOF。
4. 錯誤處理：EINTR 重試、EAGAIN/EWOULDBLOCK 非阻塞模式。

掌握此基礎模型，是深入網絡編程、理解高性能服務器架構的必經之路。