第二十七章网络编程入门：写一个能聊天的程序

本章目标：理解 socket 编程模型、用 POSIX API 写 TCP 客户端/服务器、认识 asio 等现代方案。学完你会写出"本机可跑"的回显服务器和客户端。

27.1 网络编程全景（30 秒入门）

TCP 模型（人话）：

服务器：创建 socket → 绑定端口 → 监听 → 接受连接 →

和每个客户端收发数据

客户端：创建 socket → 连接服务器 → 收发数据

术语：

socket  网络通信的"文件描述符"（像文件一样读写）
bind    把 socket 绑到端口
listen  开始监听（等别人来连）
accept  接受一个连接（阻塞等待）
connect 主动连接
recv/send 收发数据

27.2 最简 TCP 回显服务器（完整可运行）

// server.cpp —— 收到什么就回什么
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <print>

int main() {
    int fd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (fd < 0) { std::println("创建 socket 失败"); return 1; }

    sockaddr_in addr{};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   // 绑定所有网卡
    addr.sin_port = htons(8888);                // 端口 8888

    if (::bind(fd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        std::println("绑定端口失败（可能已被占用）");
        return 1;
    }
    ::listen(fd, 5);                            // 开始监听

    std::println("服务器监听 8888 端口...");
    while (true) {
        int client = ::accept(fd, nullptr, nullptr);  // 等一个连接
        if (client < 0) break;
        char buf[1024];
        ssize_t n = ::recv(client, buf, sizeof(buf), 0);
        if (n > 0) {
            std::println("收到: {}", std::string_view(buf, n));
            ::send(client, buf, n, 0);          // 原样回发
        }
        ::close(client);
    }
    ::close(fd);
}

编译：clang++ -std=c++26 server.cpp -o server （Termux 需要：pkg install 不需要额外包，socket 是系统调用）

27.3 客户端（配套测试）

// client.cpp
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <print>

int main() {
    int fd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    sockaddr_in addr{};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  // 本机
    addr.sin_port = htons(8888);

    if (::connect(fd, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        std::println("连接失败");
        return 1;
    }
    const char* msg = "你好，服务器！";
    ::send(fd, msg, std::strlen(msg), 0);
    char buf[1024];
    ssize_t n = ::recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
    std::println("服务器回复: {}", std::string_view(buf, n));
    ::close(fd);
}

27.4 阻塞、缓冲区与错误处理（概念）

recv 默认阻塞：没数据就等着（多客户端时一个等，全卡）
解决方案（三选一）：

多线程：每连接一个线程
select/poll/epoll：监听多个 fd，谁有数据处理谁
非阻塞 + 异步（asio 协程风格）

缓冲区：send 不一定一次发完；recv 不一定一次收完

要写循环直到收完（这引出了"消息边界"问题）

错误处理：connect/accept/send/recv 返回负值 = 出错

工程上现代方案：直接用 asio / Boost.Asio 或 C++26 网络 TS 草案实现——手写 POSIX 只用于理解原理。

27.5 多客户端服务器（每连接一线程）

while (true) {
    int client = ::accept(fd, nullptr, nullptr);
    if (client < 0) continue;
    std::thread([client] {
        char buf[1024];
        while (true) {
            ssize_t n = ::recv(client, buf, sizeof(buf), 0);
            if (n <= 0) break;              // 连接断开
            ::send(client, buf, n, 0);
        }
        ::close(client);
    }).detach();                            // 线程自主运行
}

注意：detach 的线程访问 client（栈变量）——这里 client 是 accept 循环的局部变量，每个迭代是独立副本，安全。

27.6 实战：本机聊天（测试文件实现）

测试文件实现一个简化版：

服务器后台线程启动，绑定随机端口
客户端线程连接并发消息
验证回显内容一致

这是"端到端"测试，跑通说明你的网络栈理解正确。

27.7 陷阱清单

忘 htons/htonl（字节序转换）→ 端口/地址错乱
端口被占用 → bind 失败（换个端口）
客户端连错地址 → connect 失败
recv 假设"一次收完" → 丢数据（要循环）
send 假设"一次发完" → 对方收不全
忘 close → 句柄泄漏（fd 是有限的！）
服务器单线程 accept 后处理慢 → 其他客户端排队
多线程共享 client fd 不做同步

本章小结

服务器：socket→bind→listen→accept→recv/send
客户端：socket→connect→send/recv
htons/htonl 转网络字节序；recv/send 要循环
多客户端：每连接一线程或 epoll
现代工程用 asio；手写 POSIX 为理解原理
关好每一个 fd；处理好阻塞与缓冲区

练习题（配套测试：测试_第27章_网络编程.cpp）

运行服务器和客户端，观察回显。
把回显改成"大写回复"。
写一个每连接一线程的服务器。
测试客户端连接不存在的端口，观察 connect 失败。
让客户端连续发 10 条消息，服务器逐条回。