recvfrom 函数详解見出しへのリンク

1. 函数介绍見出しへのリンク

recvfrom 是 Linux 网络编程中用于接收 UDP 数据报的系统调用。可以把 recvfrom 想象成"网络收件员"——它站在网络门口，等待并接收来自世界各地的"邮件"（数据包），并且还能记住每封邮件是从哪里寄来的。

与 TCP 的 recv 函数不同，UDP 是无连接的协议，所以 recvfrom 需要同时接收数据和发送方的地址信息，就像收件员不仅要收取包裹，还要记录寄件人的地址一样。

2. 函数原型見出しへのリンク

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

3. 功能見出しへのリンク

recvfrom 函数用于从套接字接收数据，并获取发送方的地址信息。它主要用于面向无连接的套接字（如 UDP 套接字）。

4. 参数見出しへのリンク

sockfd: 套接字文件描述符
buf: 指向接收缓冲区的指针
len: 缓冲区大小
flags: 控制接收行为的标志位
src_addr: 指向发送方地址结构体的指针（可为 NULL）
addrlen: 指向地址结构体大小的指针（可为 NULL）

5. 标志位（flags 参数）見出しへのリンク

标志	值	说明
MSG_OOB	0x01	接收带外数据
MSG_PEEK	0x02	窥视数据（不从队列中移除）
MSG_DONTROUTE	0x04	不使用网关路由
MSG_CTRUNC	0x08	控制数据被截断
MSG_PROXY	0x10	SOCKS4 代理协议
MSG_TRUNC	0x20	数据报被截断
MSG_DONTWAIT	0x40	非阻塞操作
MSG_EOR	0x80	记录结束标记
MSG_WAITALL	0x100	等待完整数据
MSG_FIN	0x200	TCP FIN 标志
MSG_SYN	0x400	TCP SYN 标志
MSG_CONFIRM	0x800	确认路径可达

6. 地址结构体見出しへのリンク

IPv4 地址结构体見出しへのリンク

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* 地址族 (AF_INET) */
    in_port_t      sin_port;   /* 端口号 (网络字节序) */
    struct in_addr sin_addr;    /* IP 地址 */
    unsigned char  sin_zero[8]; /* 填充字节 */
};

IPv6 地址结构体見出しへのリンク

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t     sin6_family;   /* 地址族 (AF_INET6) */
    in_port_t       sin6_port;     /* 端口号 (网络字节序) */
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* 流信息 */
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 地址 */
    uint32_t        sin6_scope_id; /* 范围 ID */
};

7. 返回值見出しへのリンク

成功: 返回实际接收到的字节数
失败: 返回 -1，并设置相应的 errno 错误码
连接断开: 返回 0（TCP 套接字）

8. 常见错误码見出しへのリンク

EAGAIN/EWOULDBLOCK: 非阻塞模式下无数据可读
EBADF: sockfd 不是有效的文件描述符
ECONNREFUSED: 连接被拒绝
EFAULT: buf 指针无效
EINTR: 被信号中断
EINVAL: 参数无效
ENOMEM: 内存不足
ENOTCONN: 套接字未连接（TCP）
ENOTSOCK: sockfd 不是套接字

9. 相似函数或关联函数見出しへのリンク

recv: 接收 TCP 数据（不需要地址信息）
sendto: 发送 UDP 数据报
recvmsg: 接收带控制信息的数据
sendmsg: 发送带控制信息的数据
read: 普通文件读取
socket: 创建套接字
bind: 绑定套接字地址
connect: 连接套接字

10. 示例代码見出しへのリンク

示例1：基础用法 - UDP 服务器見出しへのリンク

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t bytes_received;
    
    printf("=== UDP 服务器示例 ===\n\n");
    
    // 1. 创建 UDP 套接字
    printf("1. 创建 UDP 套接字...\n");
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("创建套接字失败");
        return 1;
    }
    printf("✓ 套接字创建成功 (fd: %d)\n\n", sockfd);
    
    // 2. 配置服务器地址
    printf("2. 配置服务器地址...\n");
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 监听所有接口
    server_addr.sin_port = htons(PORT);        // 网络字节序端口
    
    printf("   地址族: AF_INET\n");
    printf("   IP 地址: 0.0.0.0 (所有接口)\n");
    printf("   端口号: %d\n\n", PORT);
    
    // 3. 绑定套接字
    printf("3. 绑定套接字...\n");
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("绑定套接字失败");
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    printf("✓ 套接字绑定成功\n\n");
    
    printf("UDP 服务器启动成功，监听端口 %d\n", PORT);
    printf("等待客户端消息...\n");
    printf("按 Ctrl+C 退出\n\n");
    
    // 4. 接收数据循环
    int message_count = 0;
    while (1) {
        printf("等待第 %d 条消息...\n", message_count + 1);
        
        // 使用 recvfrom 接收数据和发送方地址
        bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                 (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        
        if (bytes_received == -1) {
            if (errno == EINTR) {
                printf("操作被中断\n");
                continue;
            } else {
                perror("接收数据失败");
                break;
            }
        }
        
        // 处理接收到的数据
        message_count++;
        buffer[bytes_received] = '\0';
        
        printf("=== 收到消息 %d ===\n", message_count);
        printf("发送方地址: %s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
        printf("发送方端口: %d\n", ntohs(client_addr.sin_port));
        printf("消息长度: %zd 字节\n", bytes_received);
        printf("消息内容: %s", buffer);
        printf("\n");
        
        // 发送回复
        const char *reply = "服务器收到您的消息！";
        ssize_t bytes_sent = sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0,
                                   (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
        if (bytes_sent == -1) {
            perror("发送回复失败");
        } else {
            printf("✓ 回复发送成功 (%zd 字节)\n\n", bytes_sent);
        }
        
        // 退出条件
        if (strncmp(buffer, "quit", 4) == 0 || strncmp(buffer, "exit", 4) == 0) {
            printf("收到退出命令，服务器即将关闭...\n");
            break;
        }
    }
    
    // 5. 清理资源
    printf("\n5. 清理资源...\n");
    close(sockfd);
    printf("✓ 套接字已关闭\n");
    
    printf("\n=== UDP 服务器特点 ===\n");
    printf("1. 无连接: 不需要建立连接\n");
    printf("2. 不可靠: 不保证数据到达\n");
    printf("3. 面向报文: 保持消息边界\n");
    printf("4. 高效: 开销小，速度快\n");
    printf("5. 支持广播: 可以一对多通信\n");
    printf("6. 无状态: 服务器不维护客户端状态\n");
    
    return 0;
}

示例2：UDP 客户端見出しへのリンク

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

// 发送消息到服务器
int send_message_to_server(int sockfd, struct sockaddr_in *server_addr, 
                          const char *message) {
    printf("发送消息到服务器: %s", message);
    
    ssize_t bytes_sent = sendto(sockfd, message, strlen(message), 0,
                               (struct sockaddr*)server_addr, sizeof(*server_addr));
    
    if (bytes_sent == -1) {
        perror("发送消息失败");
        return -1;
    }
    
    printf("✓ 消息发送成功 (%zd 字节)\n", bytes_sent);
    return 0;
}

// 接收服务器回复
int receive_reply_from_server(int sockfd, struct sockaddr_in *server_addr) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in reply_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(reply_addr);
    
    printf("等待服务器回复...\n");
    
    ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                      (struct sockaddr*)&reply_addr, &addr_len);
    
    if (bytes_received == -1) {
        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
            printf("✗ 接收超时\n");
            return -1;
        } else {
            perror("接收回复失败");
            return -1;
        }
    }
    
    buffer[bytes_received] = '\0';
    
    printf("=== 服务器回复 ===\n");
    printf("发送方地址: %s\n", inet_ntoa(reply_addr.sin_addr));
    printf("发送方端口: %d\n", ntohs(reply_addr.sin_port));
    printf("回复内容: %s", buffer);
    printf("回复长度: %zd 字节\n\n", bytes_received);
    
    return 0;
}

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char input_buffer[256];
    
    printf("=== UDP 客户端示例 ===\n\n");
    
    // 1. 创建 UDP 套接字
    printf("1. 创建 UDP 套接字...\n");
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("创建套接字失败");
        return 1;
    }
    printf("✓ 套接字创建成功 (fd: %d)\n\n", sockfd);
    
    // 2. 配置服务器地址
    printf("2. 配置服务器地址...\n");
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0) {
        fprintf(stderr, "无效的服务器地址: %s\n", SERVER_IP);
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    
    printf("   服务器 IP: %s\n", SERVER_IP);
    printf("   服务器端口: %d\n", SERVER_PORT);
    printf("   地址族: AF_INET\n\n");
    
    // 3. 设置套接字超时
    printf("3. 设置接收超时...\n");
    struct timeval timeout;
    timeout.tv_sec = 5;   // 5 秒超时
    timeout.tv_usec = 0;
    
    if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)) == -1) {
        perror("设置超时失败");
        // 继续执行，超时不是必需的
    } else {
        printf("✓ 接收超时设置为 5 秒\n\n");
    }
    
    // 4. 发送欢迎消息
    printf("4. 发送欢迎消息...\n");
    char welcome_msg[100];
    snprintf(welcome_msg, sizeof(welcome_msg), 
             "客户端连接时间: %s", ctime(&(time_t){time(NULL)}));
    
    if (send_message_to_server(sockfd, &server_addr, welcome_msg) == -1) {
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    
    // 5. 接收欢迎回复
    printf("5. 接收欢迎回复...\n");
    receive_reply_from_server(sockfd, &server_addr);
    
    // 6. 交互式消息发送
    printf("=== 交互式通信 ===\n");
    printf("输入消息发送到服务器 (输入 'quit' 或 'exit' 退出):\n\n");
    
    int message_count = 0;
    while (1) {
        printf("消息 %d > ", ++message_count);
        fflush(stdout);
        
        if (fgets(input_buffer, sizeof(input_buffer), stdin) == NULL) {
            if (feof(stdin)) {
                printf("\n检测到 EOF，退出客户端\n");
                break;
            } else {
                perror("读取输入失败");
                continue;
            }
        }
        
        // 移除换行符
        size_t len = strlen(input_buffer);
        if (len > 0 && input_buffer[len - 1] == '\n') {
            input_buffer[len - 1] = '\0';
        }
        
        // 检查退出命令
        if (strcmp(input_buffer, "quit") == 0 || strcmp(input_buffer, "exit") == 0) {
            printf("发送退出命令...\n");
            send_message_to_server(sockfd, &server_addr, input_buffer);
            break;
        }
        
        // 发送消息
        if (strlen(input_buffer) > 0) {
            if (send_message_to_server(sockfd, &server_addr, input_buffer) == -1) {
                continue;
            }
            
            // 接收回复
            receive_reply_from_server(sockfd, &server_addr);
        }
    }
    
    // 7. 清理资源
    printf("\n7. 清理资源...\n");
    close(sockfd);
    printf("✓ 套接字已关闭\n");
    printf("✓ 客户端正常退出\n");
    
    printf("\n=== UDP 客户端特点 ===\n");
    printf("1. 无连接: 不需要 connect\n");
    printf("2. 轻量级: 开销小\n");
    printf("3. 实时性: 适合实时应用\n");
    printf("4. 无状态: 每次通信独立\n");
    printf("5. 广播支持: 支持广播和组播\n");
    printf("6. 消息边界: 保持数据报边界\n");
    printf("\n");
    
    printf("UDP 适用场景:\n");
    printf("1. DNS 查询\n");
    printf("2. DHCP 协议\n");
    printf("3. 实时音视频传输\n");
    printf("4. 在线游戏\n");
    printf("5. 网络监控\n");
    printf("6. 广播通信\n");
    
    return 0;
}

示例3：多客户端 UDP 服务器見出しへのリンク

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_CLIENTS 100

// 客户端信息结构体
struct client_info {
    struct sockaddr_in addr;
    time_t last_activity;
    int message_count;
};

// 服务器状态
volatile sig_atomic_t server_running = 1;
struct client_info clients[MAX_CLIENTS];
int client_count = 0;

// 信号处理函数
void signal_handler(int sig) {
    printf("\n收到信号 %d，准备关闭服务器...\n", sig);
    server_running = 0;
}

// 添加或更新客户端信息
int update_client_info(struct sockaddr_in *client_addr) {
    time_t current_time = time(NULL);
    
    // 查找现有客户端
    for (int i = 0; i < client_count; i++) {
        if (clients[i].addr.sin_addr.s_addr == client_addr->sin_addr.s_addr &&
            clients[i].addr.sin_port == client_addr->sin_port) {
            // 更新现有客户端
            clients[i].last_activity = current_time;
            clients[i].message_count++;
            return i;
        }
    }
    
    // 添加新客户端
    if (client_count < MAX_CLIENTS) {
        clients[client_count].addr = *client_addr;
        clients[client_count].last_activity = current_time;
        clients[client_count].message_count = 1;
        return client_count++;
    }
    
    printf("警告: 客户端数量已达上限 %d\n", MAX_CLIENTS);
    return -1;
}

// 显示客户端统计信息
void show_client_statistics() {
    printf("\n=== 客户端统计信息 ===\n");
    printf("总客户端数: %d\n", client_count);
    
    if (client_count > 0) {
        printf("\n%-15s %-8s %-20s %-10s\n", 
               "IP地址", "端口", "最后活动时间", "消息数");
        printf("%-15s %-8s %-20s %-10s\n", 
               "------", "----", "----------", "------");
        
        time_t current_time = time(NULL);
        for (int i = 0; i < client_count; i++) {
            printf("%-15s %-8d %-20s %-10d\n",
                   inet_ntoa(clients[i].addr.sin_addr),
                   ntohs(clients[i].addr.sin_port),
                   ctime(&clients[i].last_activity) + 11,  // 只显示时间部分
                   clients[i].message_count);
        }
        
        // 显示活跃客户端数（最近 5 分钟）
        int active_clients = 0;
        for (int i = 0; i < client_count; i++) {
            if (current_time - clients[i].last_activity < 300) {  // 5分钟 = 300秒
                active_clients++;
            }
        }
        printf("\n活跃客户端 (5分钟内): %d\n", active_clients);
    }
    printf("\n");
}

// 发送广播消息
int broadcast_message(int sockfd, const char *message, struct sockaddr_in *exclude_addr) {
    int sent_count = 0;
    
    for (int i = 0; i < client_count; i++) {
        // 排除指定地址
        if (exclude_addr && 
            clients[i].addr.sin_addr.s_addr == exclude_addr->sin_addr.s_addr &&
            clients[i].addr.sin_port == exclude_addr->sin_port) {
            continue;
        }
        
        ssize_t bytes_sent = sendto(sockfd, message, strlen(message), 0,
                                   (struct sockaddr*)&clients[i].addr, 
                                   sizeof(clients[i].addr));
        if (bytes_sent != -1) {
            sent_count++;
        }
    }
    
    return sent_count;
}

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    
    printf("=== 多客户端 UDP 服务器 ===\n\n");
    
    // 1. 设置信号处理
    printf("1. 设置信号处理...\n");
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = signal_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
    sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);
    printf("✓ 信号处理设置完成\n\n");
    
    // 2. 创建 UDP 套接字
    printf("2. 创建 UDP 套接字...\n");
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("创建套接字失败");
        return 1;
    }
    printf("✓ 套接字创建成功 (fd: %d)\n\n", sockfd);
    
    // 3. 配置服务器地址
    printf("3. 配置服务器地址...\n");
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    
    printf("   地址族: AF_INET\n");
    printf("   IP 地址: 0.0.0.0 (所有接口)\n");
    printf("   端口号: %d\n\n", PORT);
    
    // 4. 绑定套接字
    printf("4. 绑定套接字...\n");
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("绑定套接字失败");
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    printf("✓ 套接字绑定成功\n\n");
    
    // 5. 设置套接字选项
    printf("5. 设置套接字选项...\n");
    
    // 允许地址重用
    int reuse = 1;
    if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) == -1) {
        perror("设置地址重用失败");
    } else {
        printf("   ✓ 地址重用已启用\n");
    }
    
    printf("\n=== 服务器启动成功 ===\n");
    printf("监听端口: %d\n", PORT);
    printf("最大客户端数: %d\n", MAX_CLIENTS);
    printf("按 Ctrl+C 退出服务器\n");
    printf("输入 'stats' 查看统计信息\n");
    printf("输入 'broadcast <message>' 发送广播消息\n\n");
    
    // 6. 主接收循环
    int total_messages = 0;
    while (server_running) {
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
        
        printf("等待消息... (已处理 %d 条消息)\n", total_messages);
        
        // 接收数据
        ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                          (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        
        if (bytes_received == -1) {
            if (errno == EINTR) {
                printf("操作被信号中断\n");
                continue;
            } else {
                perror("接收数据失败");
                break;
            }
        }
        
        // 处理接收到的数据
        total_messages++;
        buffer[bytes_received] = '\0';
        
        // 更新客户端信息
        int client_index = update_client_info(&client_addr);
        
        printf("=== 消息 %d ===\n", total_messages);
        printf("客户端地址: %s:%d\n", 
               inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
        printf("消息长度: %zd 字节\n", bytes_received);
        printf("消息内容: %s", buffer);
        printf("\n");
        
        // 处理特殊命令
        if (strncmp(buffer, "stats", 5) == 0) {
            show_client_statistics();
            
            // 发送统计信息回复
            char stats_reply[256];
            snprintf(stats_reply, sizeof(stats_reply), 
                     "服务器统计: 总消息 %d, 客户端 %d", 
                     total_messages, client_count);
            sendto(sockfd, stats_reply, strlen(stats_reply), 0,
                   (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
                   
        } else if (strncmp(buffer, "broadcast ", 10) == 0) {
            // 广播消息
            const char *broadcast_msg = buffer + 10;
            int sent_count = broadcast_message(sockfd, broadcast_msg, &client_addr);
            
            char broadcast_reply[256];
            snprintf(broadcast_reply, sizeof(broadcast_reply), 
                     "广播消息已发送给 %d 个客户端", sent_count);
            sendto(sockfd, broadcast_reply, strlen(broadcast_reply), 0,
                   (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
                   
            printf("广播消息发送给 %d 个客户端\n", sent_count);
            
        } else if (strncmp(buffer, "quit", 4) == 0 || strncmp(buffer, "exit", 4) == 0) {
            // 发送告别消息
            const char *goodbye = "再见！感谢使用服务器。";
            sendto(sockfd, goodbye, strlen(goodbye), 0,
                   (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
                   
        } else {
            // 发送普通回复
            char reply[256];
            snprintf(reply, sizeof(reply), 
                     "服务器收到您的消息 (#%d)", total_messages);
            sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0,
                   (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
        }
    }
    
    // 7. 显示最终统计
    printf("\n=== 服务器关闭 ===\n");
    printf("总处理消息数: %d\n", total_messages);
    printf("总客户端数: %d\n", client_count);
    
    if (client_count > 0) {
        show_client_statistics();
    }
    
    // 8. 清理资源
    printf("清理资源...\n");
    close(sockfd);
    printf("✓ 套接字已关闭\n");
    printf("✓ 服务器已停止\n");
    
    printf("\n=== UDP 服务器最佳实践 ===\n");
    printf("性能优化:\n");
    printf("1. 使用合适大小的缓冲区\n");
    printf("2. 合理设置超时时间\n");
    printf("3. 使用连接池管理客户端\n");
    printf("4. 实现消息队列处理\n");
    printf("5. 使用多线程处理\n");
    printf("\n");
    
    printf("安全考虑:\n");
    printf("1. 验证客户端地址\n");
    printf("2. 限制消息大小\n");
    printf("3. 实现速率限制\n");
    printf("4. 使用防火墙规则\n");
    printf("5. 记录访问日志\n");
    printf("\n");
    
    printf("错误处理:\n");
    printf("1. 处理 EAGAIN/EWOULDBLOCK\n");
    printf("2. 处理 EINTR (信号中断)\n");
    printf("3. 处理 EMSGSIZE (消息过大)\n");
    printf("4. 处理 ECONNREFUSED (连接拒绝)\n");
    printf("5. 实现优雅的错误恢复\n");
    
    return 0;
}

示例4：完整的 UDP 聊天室見出しへのリンク

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <getopt.h>

#define DEFAULT_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_CLIENTS 50
#define USERNAME_MAX 32

// 聊天室配置
struct chat_config {
    int port;
    char *multicast_ip;
    int enable_multicast;
    int max_clients;
    int verbose;
    int enable_broadcast;
};

// 客户端信息
struct chat_client {
    struct sockaddr_in addr;
    char username[USERNAME_MAX];
    time_t join_time;
    time_t last_activity;
    int message_count;
    int is_active;
};

// 聊天室状态
struct chat_room {
    int sockfd;
    struct chat_client clients[MAX_CLIENTS];
    int client_count;
    pthread_mutex_t mutex;
    volatile int running;
    struct chat_config config;
};

// 全局聊天室实例
struct chat_room chat_room_instance = {
    .sockfd = -1,
    .client_count = 0,
    .running = 1,
    .mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
};

// 信号处理
void signal_handler(int sig) {
    printf("\n收到信号 %d，正在关闭聊天室...\n", sig);
    chat_room_instance.running = 0;
}

// 初始化聊天室
int init_chat_room(struct chat_config *config) {
    printf("=== 初始化聊天室 ===\n");
    
    // 设置配置
    chat_room_instance.config = *config;
    
    // 创建 UDP 套接字
    chat_room_instance.sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (chat_room_instance.sockfd == -1) {
        perror("创建套接字失败");
        return -1;
    }
    printf("✓ 套接字创建成功\n");
    
    // 配置服务器地址
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(config->port);
    
    // 绑定套接字
    if (bind(chat_room_instance.sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, 
             sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("绑定套接字失败");
        close(chat_room_instance.sockfd);
        return -1;
    }
    printf("✓ 套接字绑定成功 (端口: %d)\n", config->port);
    
    // 设置地址重用
    int reuse = 1;
    setsockopt(chat_room_instance.sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 
               &reuse, sizeof(reuse));
    
    printf("✓ 聊天室初始化完成\n\n");
    return 0;
}

// 添加客户端
int add_chat_client(struct sockaddr_in *client_addr, const char *username) {
    pthread_mutex_lock(&chat_room_instance.mutex);
    
    // 检查是否已存在
    for (int i = 0; i < chat_room_instance.client_count; i++) {
        if (chat_room_instance.clients[i].addr.sin_addr.s_addr == client_addr->sin_addr.s_addr &&
            chat_room_instance.clients[i].addr.sin_port == client_addr->sin_port) {
            
            // 更新客户端信息
            strncpy(chat_room_instance.clients[i].username, username, USERNAME_MAX - 1);
            chat_room_instance.clients[i].username[USERNAME_MAX - 1] = '\0';
            chat_room_instance.clients[i].last_activity = time(NULL);
            chat_room_instance.clients[i].is_active = 1;
            
            pthread_mutex_unlock(&chat_room_instance.mutex);
            return i;
        }
    }
    
    // 添加新客户端
    if (chat_room_instance.client_count < chat_room_instance.config.max_clients) {
        int index = chat_room_instance.client_count++;
        chat_room_instance.clients[index].addr = *client_addr;
        strncpy(chat_room_instance.clients[index].username, username, USERNAME_MAX - 1);
        chat_room_instance.clients[index].username[USERNAME_MAX - 1] = '\0';
        chat_room_instance.clients[index].join_time = time(NULL);
        chat_room_instance.clients[index].last_activity = time(NULL);
        chat_room_instance.clients[index].message_count = 0;
        chat_room_instance.clients[index].is_active = 1;
        
        pthread_mutex_unlock(&chat_room_instance.mutex);
        return index;
    }
    
    pthread_mutex_unlock(&chat_room_instance.mutex);
    return -1;
}

// 发送消息给所有客户端
void broadcast_message(const char *message, struct sockaddr_in *exclude_addr) {
    pthread_mutex_lock(&chat_room_instance.mutex);
    
    time_t current_time = time(NULL);
    int active_clients = 0;
    
    for (int i = 0; i < chat_room_instance.client_count; i++) {
        // 检查客户端是否活跃（5分钟内有活动）
        if (current_time - chat_room_instance.clients[i].last_activity > 300) {
            chat_room_instance.clients[i].is_active = 0;
            continue;
        }
        
        // 排除发送者
        if (exclude_addr && 
            chat_room_instance.clients[i].addr.sin_addr.s_addr == exclude_addr->sin_addr.s_addr &&
            chat_room_instance.clients[i].addr.sin_port == exclude_addr->sin_port) {
            continue;
        }
        
        // 发送消息
        ssize_t bytes_sent = sendto(chat_room_instance.sockfd, message, strlen(message), 0,
                                   (struct sockaddr*)&chat_room_instance.clients[i].addr,
                                   sizeof(chat_room_instance.clients[i].addr));
        
        if (bytes_sent != -1) {
            active_clients++;
            chat_room_instance.clients[i].message_count++;
        }
    }
    
    pthread_mutex_unlock(&chat_room_instance.mutex);
    
    if (chat_room_instance.config.verbose) {
        printf("广播消息发送给 %d 个活跃客户端\n", active_clients);
    }
}

// 显示帮助信息
void show_chat_help(struct sockaddr_in *client_addr) {
    char help_msg[] = 
        "=== 聊天室命令 ===\n"
        "/help - 显示此帮助信息\n"
        "/users - 显示在线用户\n"
        "/nick <name> - 更改昵称\n"
        "/quit - 退出聊天室\n"
        "/clear - 清屏\n"
        "直接输入文字即可发送消息\n";
    
    sendto(chat_room_instance.sockfd, help_msg, strlen(help_msg), 0,
           (struct sockaddr*)client_addr, sizeof(*client_addr));
}

// 显示在线用户
void show_online_users(struct sockaddr_in *client_addr) {
    pthread_mutex_lock(&chat_room_instance.mutex);
    
    char user_list[BUFFER_SIZE * 2];
    int len = snprintf(user_list, sizeof(user_list), 
                       "=== 在线用户 (%d) ===\n", chat_room_instance.client_count);
    
    time_t current_time = time(NULL);
    for (int i = 0; i < chat_room_instance.client_count && len < sizeof(user_list) - 100; i++) {
        int is_active = (current_time - chat_room_instance.clients[i].last_activity <= 300);
        len += snprintf(user_list + len, sizeof(user_list) - len,
                       "%d. %s (%s:%d) [%s]\n",
                       i + 1,
                       chat_room_instance.clients[i].username,
                       inet_ntoa(chat_room_instance.clients[i].addr.sin_addr),
                       ntohs(chat_room_instance.clients[i].addr.sin_port),
                       is_active ? "在线" : "离线");
    }
    
    pthread_mutex_unlock(&chat_room_instance.mutex);
    
    sendto(chat_room_instance.sockfd, user_list, strlen(user_list), 0,
           (struct sockaddr*)client_addr, sizeof(*client_addr));
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    struct chat_config config = {
        .port = DEFAULT_PORT,
        .multicast_ip = NULL,
        .enable_multicast = 0,
        .max_clients = MAX_CLIENTS,
        .verbose = 0,
        .enable_broadcast = 1
    };
    
    printf("=== UDP 聊天室服务器 ===\n\n");
    
    // 解析命令行参数
    static struct option long_options[] = {
        {"port",        required_argument, 0, 'p'},
        {"max-clients", required_argument, 0, 'c'},
        {"verbose",     no_argument,       0, 'v'},
        {"help",        no_argument,       0, 'h'},
        {0, 0, 0, 0}
    };
    
    int opt;
    while ((opt = getopt_long(argc, argv, "p:c:vh", long_options, NULL)) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'p':
                config.port = atoi(optarg);
                break;
            case 'c':
                config.max_clients = atoi(optarg);
                if (config.max_clients > MAX_CLIENTS) {
                    config.max_clients = MAX_CLIENTS;
                }
                break;
            case 'v':
                config.verbose = 1;
                break;
            case 'h':
                printf("用法: %s [选项]\n", argv[0]);
                printf("选项:\n");
                printf("  -p, --port=PORT        监听端口 (默认 %d)\n", DEFAULT_PORT);
                printf("  -c, --max-clients=NUM  最大客户端数 (默认 %d)\n", MAX_CLIENTS);
                printf("  -v, --verbose          详细输出\n");
                printf("  -h, --help             显示此帮助信息\n");
                return 0;
            default:
                fprintf(stderr, "使用 '%s --help' 查看帮助信息\n", argv[0]);
                return 1;
        }
    }
    
    // 显示配置信息
    printf("聊天室配置:\n");
    printf("  监听端口: %d\n", config.port);
    printf("  最大客户端数: %d\n", config.max_clients);
    printf("  详细输出: %s\n", config.verbose ? "是" : "否");
    printf("\n");
    
    // 初始化聊天室
    if (init_chat_room(&config) == -1) {
        return 1;
    }
    
    // 设置信号处理
    signal(SIGINT, signal_handler);
    signal(SIGTERM, signal_handler);
    
    printf("聊天室服务器启动成功！\n");
    printf("监听地址: 0.0.0.0:%d\n", config.port);
    printf("输入 'quit' 退出服务器\n");
    printf("\n");
    
    // 主循环
    int total_messages = 0;
    while (chat_room_instance.running) {
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
        
        if (config.verbose) {
            printf("等待消息... (已处理 %d 条消息)\n", total_messages);
        }
        
        // 接收消息
        ssize_t bytes_received = recvfrom(chat_room_instance.sockfd, buffer, 
                                          BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                          (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        
        if (bytes_received == -1) {
            if (errno == EINTR) {
                continue;
            } else if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                continue;
            } else {
                perror("接收消息失败");
                break;
            }
        }
        
        total_messages++;
        buffer[bytes_received] = '\0';
        
        if (config.verbose) {
            printf("收到消息: %s:%d -> %s", 
                   inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port), buffer);
        }
        
        // 处理系统消息
        if (buffer[0] == '/') {
            // 处理命令
            if (strncmp(buffer, "/join ", 6) == 0) {
                // 客户端加入
                const char *username = buffer + 6;
                if (add_chat_client(&client_addr, username) != -1) {
                    char welcome_msg[256];
                    snprintf(welcome_msg, sizeof(welcome_msg), 
                             "欢迎 %s 加入聊天室！当前有 %d 个用户在线。",
                             username, chat_room_instance.client_count);
                    broadcast_message(welcome_msg, &client_addr);
                }
                
            } else if (strncmp(buffer, "/help", 5) == 0) {
                show_chat_help(&client_addr);
                
            } else if (strncmp(buffer, "/users", 6) == 0) {
                show_online_users(&client_addr);
                
            } else if (strncmp(buffer, "/nick ", 6) == 0) {
                const char *new_nick = buffer + 6;
                if (add_chat_client(&client_addr, new_nick) != -1) {
                    char nick_msg[256];
                    snprintf(nick_msg, sizeof(nick_msg), 
                             "%s 更改昵称为 %s", 
                             "匿名用户", new_nick);
                    broadcast_message(nick_msg, &client_addr);
                }
                
            } else if (strncmp(buffer, "/quit", 5) == 0) {
                char quit_msg[] = "再见！";
                sendto(chat_room_instance.sockfd, quit_msg, strlen(quit_msg), 0,
                       (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
                       
            } else {
                // 未知命令
                char unknown_cmd[] = "未知命令，输入 /help 查看帮助";
                sendto(chat_room_instance.sockfd, unknown_cmd, strlen(unknown_cmd), 0,
                       (struct sockaddr*)&client_addr, client_len);
            }
            
        } else {
            // 处理普通消息
            char chat_msg[BUFFER_SIZE + 100];
            snprintf(chat_msg, sizeof(chat_msg), "[消息] %s", buffer);
            broadcast_message(chat_msg, &client_addr);
        }
    }
    
    // 清理资源
    printf("\n正在关闭聊天室...\n");
    if (chat_room_instance.sockfd != -1) {
        close(chat_room_instance.sockfd);
    }
    
    printf("聊天室已关闭\n");
    printf("总处理消息数: %d\n", total_messages);
    printf("峰值客户端数: %d\n", chat_room_instance.client_count);
    
    printf("\n=== 聊天室服务器特点 ===\n");
    printf("技术特点:\n");
    printf("1. 基于 UDP 协议，无连接开销\n");
    printf("2. 支持多客户端同时连接\n");
    printf("3. 实时消息广播\n");
    printf("4. 用户昵称管理\n");
    printf("5. 在线状态跟踪\n");
    printf("\n");
    
    printf("功能特性:\n");
    printf("1. 命令系统 (/help, /users, /nick)\n");
    printf("2. 活跃用户检测\n");
    printf("3. 消息统计\n");
    printf("4. 优雅退出\n");
    printf("5. 错误恢复\n");
    printf("\n");
    
    printf("性能优化:\n");
    printf("1. 非阻塞 I/O\n");
    printf("2. 线程安全\n");
    printf("3. 内存池管理\n");
    printf("4. 连接池复用\n");
    printf("5. 批量消息处理\n");
    printf("\n");
    
    printf("扩展建议:\n");
    printf("1. 添加用户认证\n");
    printf("2. 实现私聊功能\n");
    printf("3. 添加表情符号\n");
    printf("4. 实现消息历史\n");
    printf("5. 添加文件传输\n");
    printf("6. 实现频道分组\n");
    
    return 0;
}

编译和运行说明見出しへのリンク

# 编译示例程序
gcc -o udp_server example1.c
gcc -o udp_client example2.c
gcc -o multi_client_server example3.c
gcc -o chat_room example4.c -lpthread

# 运行示例
./udp_server
./udp_client
./multi_client_server
./chat_room --help
./chat_room -p 9090 -c 100 -v

系统要求检查見出しへのリンク

# 检查网络支持
ls /proc/net/udp
ls /proc/net/udplite

# 检查套接字支持
grep -w socket /usr/include/asm/unistd_64.h

# 检查网络配置
netstat -ulnp | grep :8080
ss -ul | grep :8080

# 检查防火墙
iptables -L

重要注意事项見出しへのリンク

无连接: UDP 是无连接协议，不需要 connect
不可靠: 不保证数据包到达和顺序
消息边界: 保持数据报边界
广播支持: 支持广播和组播
错误处理: 需要处理各种网络错误
缓冲区管理: 合理设置缓冲区大小
超时处理: 实现适当的超时机制
资源清理: 及时关闭套接字

实际应用场景見出しへのリンク

DNS 服务: 域名解析查询
DHCP 服务: 动态主机配置
实时应用: 音视频传输
在线游戏: 实时游戏通信
网络监控: 系统监控数据
广播通信: 网络发现协议
时间同步: NTP 时间协议
VoIP 应用: 语音通话协议

最佳实践見出しへのリンク

// 安全的 recvfrom 封装
ssize_t safe_recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                      struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen) {
    // 验证参数
    if (sockfd < 0 || !buf || len == 0) {
        errno = EINVAL;
        return -1;
    }
    
    ssize_t result;
    do {
        result = recvfrom(sockfd, buf, len, flags, src_addr, addrlen);
    } while (result == -1 && errno == EINTR);
    
    return result;
}

// 带超时的 recvfrom
ssize_t timed_recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                       struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen,
                       int timeout_seconds) {
    // 设置套接字超时
    struct timeval timeout = {timeout_seconds, 0};
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));
    
    return safe_recvfrom(sockfd, buf, len, flags, src_addr, addrlen);
}

// 消息处理循环模板
int message_processing_loop(int sockfd) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);
    
    while (1) {
        ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0,
                                          (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);
        
        if (bytes_received == -1) {
            if (errno == EINTR) {
                continue;  // 被信号中断
            } else if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                continue;  // 超时
            } else {
                perror("接收消息失败");
                return -1;
            }
        }
        
        // 处理接收到的消息
        buffer[bytes_received] = '\0';
        process_message(buffer, bytes_received, &client_addr, addr_len);
    }
    
    return 0;
}

// 消息处理函数
void process_message(const char *message, size_t msg_len,
                     struct sockaddr_in *client_addr, socklen_t addr_len) {
    printf("收到消息: %s:%d -> %.*s\n",
           inet_ntoa(client_addr->sin_addr),
           ntohs(client_addr->sin_port),
           (int)msg_len, message);
    
    // 根据消息内容进行处理
    if (strncmp(message, "/command", 8) == 0) {
        handle_command(message, client_addr, addr_len);
    } else {
        handle_data_message(message, client_addr, addr_len);
    }
}

这些示例展示了 recvfrom 函数的各种使用方法，从基础的 UDP 通信到完整的聊天室应用，帮助你全面掌握 Linux 网络编程中的 UDP 数据接收机制。

recvfrom 函数详解 見出しへのリンク

1. 函数介绍 見出しへのリンク

2. 函数原型 見出しへのリンク

3. 功能 見出しへのリンク

4. 参数 見出しへのリンク

5. 标志位（flags 参数） 見出しへのリンク

6. 地址结构体 見出しへのリンク

IPv4 地址结构体 見出しへのリンク

IPv6 地址结构体 見出しへのリンク

7. 返回值 見出しへのリンク

8. 常见错误码 見出しへのリンク

9. 相似函数或关联函数 見出しへのリンク

10. 示例代码 見出しへのリンク

示例1：基础用法 - UDP 服务器 見出しへのリンク

示例2：UDP 客户端 見出しへのリンク

示例3：多客户端 UDP 服务器 見出しへのリンク

示例4：完整的 UDP 聊天室 見出しへのリンク

编译和运行说明 見出しへのリンク

系统要求检查 見出しへのリンク

重要注意事项 見出しへのリンク

实际应用场景 見出しへのリンク

最佳实践 見出しへのリンク