Debian C++网络编程入门指南

1. 准备开发环境

在Debian系统上进行C++网络编程，需先安装必要的工具和库：

基础编译工具：使用build-essential包安装g++编译器、make等工具；
网络开发库：安装libpcap-dev（用于网络数据包捕获，可选）；
更新软件源：运行sudo apt update确保软件包列表最新。
命令示例：

sudo apt update
sudo apt install build-essential libpcap-dev

这些工具将支持C++网络程序的编译与运行。

2. 理解核心概念

网络编程的基础是套接字（Socket），它是进程间网络通信的端点。关键概念包括：

IP地址：标识网络中的设备（如127.0.0.1为本机地址）；
端口号：标识设备上的特定服务（如HTTP用80端口、HTTPS用443端口）；
协议：
- TCP（传输控制协议）：面向连接、可靠传输（如网页浏览、文件传输）；
- UDP（用户数据报协议）：无连接、不可靠但高效（如实时视频、语音通话）。
  套接字编程的核心步骤为：创建套接字→绑定地址→监听/连接→数据传输→关闭套接字。

3. 编写基础TCP服务器

以下是一个简单的Debian C++ TCP服务器示例，实现监听8080端口、接受客户端连接并回显消息：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    const char* response = "Hello from server";

    // 1. 创建套接字（IPv4、TCP）
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return -1;
    }

    // 2. 设置套接字选项（允许地址重用）
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("Setsockopt failed");
        close(server_fd);
        return -1;
    }

    // 3. 配置服务器地址
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定本机所有IP
    address.sin_port = htons(PORT);       // 转换为网络字节序

    // 4. 绑定套接字到地址
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        close(server_fd);
        return -1;
    }

    // 5. 监听连接（最大队列长度为3）
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("Listen failed");
        close(server_fd);
        return -1;
    }
    std::cout << "Server listening on port " << PORT << std::endl;

    // 6. 接受客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("Accept failed");
        close(server_fd);
        return -1;
    }

    // 7. 读取客户端数据
    int bytes_read = read(new_socket, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read > 0) {
        std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;
    }

    // 8. 发送响应
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);
    std::cout << "Response sent" << std::endl;

    // 9. 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

代码说明：

socket()：创建TCP套接字；
setsockopt()：设置SO_REUSEADDR选项，允许服务器快速重启；
bind()：将套接字绑定到本机8080端口；
listen()：启动监听，等待客户端连接；
accept()：接受客户端连接，返回新的套接字描述符；
read()/send()：接收客户端数据并发送响应。

4. 编写基础TCP客户端

客户端需连接到服务器并发送消息，示例代码如下：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

#define PORT 8080

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};
    const char* message = "Hello from client";

    // 1. 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        std::cerr << "Socket creation error" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 2. 配置服务器地址
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        std::cerr << "Invalid address/Address not supported" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 3. 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        std::cerr << "Connection failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 4. 发送消息
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    std::cout << "Message sent" << std::endl;

    // 5. 接收响应
    int bytes_received = read(sock, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_received > 0) {
        std::cout << "Server response: " << buffer << std::endl;
    }

    // 6. 关闭套接字
    close(sock);
    return 0;
}

代码说明：

connect()：连接到服务器的127.0.0.1:8080；
send()：发送“Hello from client”消息；
read()：接收服务器的响应。

5. 编译与运行程序

编译服务器：
```
g++ -o server server.cpp
```
编译客户端：
```
g++ -o client client.cpp
```
运行步骤：
1. 终端1：运行服务器（需root权限，因绑定8080端口）：
```
sudo ./server
```
2. 终端2：运行客户端：
```
./client
```
3. 观察输出：服务器端显示“Received: Hello from client”，客户端显示“Server response: Hello from server”。

6. 进阶方向

掌握基础后，可学习以下高级主题提升能力：

非阻塞I/O与事件驱动：使用epoll（Linux特有）处理多客户端并发，避免阻塞；
多线程/线程池：将客户端连接分配给不同线程处理，提升并发性能；
高级网络库：使用Boost.Asio简化异步编程，支持跨平台；
协议实现：实现HTTP服务器（处理GET/POST请求）、WebSocket（实时通信）；
性能优化：调整TCP缓冲区大小、使用setsockopt优化选项（如TCP_NODELAY禁用Nagle算法）。

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