Linux网络编程，创建api的使用方式

本节将详细介绍Linux网络编程，主要包括套接字的作用，Linux的I/O多路复用模型epoll，在网络编程中，套接字就像是网络世界的通信端口。每一个联网的应用程序，为了能够互发消息，都会使用到这样一个端口。这个端口允许数据从一个程序流向另一个程序。简而言之，套接字是应用程序用来在网络上交流的桥梁。而I/O 多路复用允许一个进程或线程同时监控多个网络 sockets 的状态。它通过单个系统调用（select）来检查多个 sockets 是否有数据可读、可写或是否有异常。Linux 提供了多种 I/O 复用技术，包括上面提到的 select、以及 poll、epoll。

基本使用

#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include<iostream>#define BUFFER_SIZE 1024int main(){int socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (socket_fd == -1) {std::cerr << "socket error" << std::endl;return 1;}// 设置地址重用int opt = 1;if (setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)) == -1){std::cerr << "setsockopt error" << std::endl;return 1;}// 绑定地址和端口sockaddr_in address{};address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(12355);if (bind(socket_fd, (sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");close(socket_fd);return 1;}// 开始监听if (listen(socket_fd, SOMAXCONN) < 0) {perror("listen failed");close(socket_fd);return 1;}std::cout << "Server is listening on port 12355..." << std::endl;while (true) {sockaddr_in client_addr{};socklen_t client_len = sizeof(client_addr);int client_fd = accept(socket_fd, (sockaddr*)&client_addr, &client_len);if (client_fd == -1) {perror("accept failed");continue;}char buffer[BUFFER_SIZE];ssize_t bytes_read = read(client_fd, buffer, BUFFER_SIZE);if (bytes_read > 0) {buffer[bytes_read] = '\0';std::cout << "Received: " << buffer;write(client_fd, buffer, bytes_read);}close(client_fd);}close(socket_fd);return 0;
}

上面的代码演示了如何启动Linux的网络服务，我们一个一个讲解代码中用到的函数有什么用。

socket函数

socket函数用于创建套接字，下面是函数原型

/* Create a new socket of type TYPE in domain DOMAIN, usingprotocol PROTOCOL.  If PROTOCOL is zero, one is chosen automatically.Returns a file descriptor for the new socket, or -1 for errors.  */
extern int socket (int __domain, int __type, int __protocol) __THROW;

domain表示协议族，一般为AF_INET，表示IPv4协议族；AF_INET6表示IPv6协议族
type表示套接字类型，一般为SOCK_STREAM，表示TCP套接字；SOCK_DGRAM表示UDP套接字。
protocol表示协议，一般为0，表示默认协议。默认的协议通常是与给定的域和套接字类型最匹配的协议
Linux网络API返回值类型通常是int型。这些函数的返回值表示函数执行的结果或错误代码。如果函数执行成功，则返回一个非负的套接字描述符，
用于后续的套接字操作。如果函数执行失败，则返回-1，并且可以通过检查全局变量errno来获取具体的错误代码。

setsockopt()函数

setsockopt()函数用于设置套接字。它允许应用程序在已打开的套接字上设置各种选项，以控制套接字的行为。下面是函数原型：

/* Set socket FD's option OPTNAME at protocol level LEVELto *OPTVAL (which is OPTLEN bytes long).Returns 0 on success, -1 for errors.  */
extern int setsockopt (int __fd, int __level, int __optname,const void *__optval, socklen_t __optlen) __THROW;

fd表示套接字描述符；
level表示选项所在的协议层。常用的协议层包括SOL_SOCKET（通用套接字选项）、IPPROTO_TCP（TCP协议选项）和IPPROTO_IP（IP协议选项）等，一般为SOL_SOCKET；
optname表示要设置的选项，例如SO_REUSEADDR表示地址重用选项；
optval表示要设置的选项值，这是一个指针；
optlen表示选项值的长度。

sockaddr_in结构体

sockaddr_in address{};
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(12355);

sin_family：地址族，通常设置为 AF_INET（表示 IPv4）
sin_port：端口号，以网络字节序存储
sin_addr：IP 地址，以网络字节序存储
sin_zero：填充字节，用于对齐。
htons用于将主机字节序的短整型数转换为网络字节序。网络字节序是大端字节序（Big-Endian），而主机字节序可能是小端（Little-Endian）或大端，具体取决于硬件架构。

bind函数

bind 函数可以将指定的套接字与特定的 IP 地址和端口进行绑定。函数原型如下：

/* Give the socket FD the local address ADDR (which is LEN bytes long).  */
extern int bind (int __fd, __CONST_SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t __len)__THROW;

fd表示套接字描述符；
addr表示要绑定的地址，是一个指针；
len表示地址的长度。

listen 函数

listen 函数用于将一个套接字转换为监听套接字，使其能够接受传入的连接请求。它是 TCP 服务器端编程中的一个关键步骤。

/* Prepare to accept connections on socket FD.N connection requests will be queued before further requests are refused.Returns 0 on success, -1 for errors.  */
extern int listen (int __fd, int __n) __THROW;

fd表示套接字描述符；
n表示最大连接请求队列的长度。一般设置为 SOMAXCONN，表示系统可以同时处理的最大连接请求数。
这个队列用于保存尚未被 accept 函数处理的连接请求。

accept 函数

accept 函数用于接收来自其他套接字的连接请求。函数原型如下：

/* Await a connection on socket FD.When a connection arrives, open a new socket to communicate with it,set *ADDR (which is *ADDR_LEN bytes long) to the address of the connectingpeer and *ADDR_LEN to the address's actual length, and return thenew socket's descriptor, or -1 for errors.This function is a cancellation point and therefore not marked with__THROW.  */
extern int accept (int __fd, __SOCKADDR_ARG __addr,socklen_t *__restrict __addr_len);

fd表示监听套接字描述符；
addr是一个指向 struct sockaddr 类型的指针，用于存储连接的客户端的地址信息。；
addr_len表示addr的长度。
如果接受连接成功， accept 函数返回一个新的套接字文件描述符，用于与客户端进行通信。accept 函数会阻塞程序的执行，直到有客户端连接请求到达，或者出现错误。在多线程或多进程的网络编程中，可以使用 accept 函数来接受客户端连接请求，并将处理客户端请求的任务交给其他线程或进程来处理。

读写函数

用于读取数据

ssize_t read (int __fd, void *__buf, size_t __nbytes)

fd 文件描述符，表示要从中读取数据的文件、套接字或其他 I/O 设备。
buf 指向缓冲区的指针，用于存储从文件描述符中读取的数据。
count 要读取的最大字节数。实际读取的字节数可能小于这个值，具体取决于可用数据和系统限制。
如果文件描述符是阻塞模式（这是默认行为），read 函数会阻塞线程，直到有数据可读或者发生错误。这意味着线程会暂停执行，直到以下情况之一发生，如果文件描述符被设置为非阻塞模式（通过 fcntl 函数设置 O_NONBLOCK 标志），read 函数不会阻塞线程。

// 设置文件描述符为非阻塞模式
int set_nonblocking(int fd) {int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);if (flags == -1) return -1;return fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
}