C++实现高性能TCP服务器（从零开始掌握C++网络编程）

一、什么是TCP服务器？

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP服务器的作用是监听特定端口，接受客户端连接，并与之进行双向数据通信。

二、开发环境准备

本教程使用标准C++（C++11及以上），并依赖操作系统的socket API：

• Windows：使用 Winsock2
• Linux/macOS：使用 POSIX socket

为简化跨平台问题，本文以 Linux/macOS 为例（代码稍作修改即可用于 Windows）。

三、编写一个简单的C++ TCP服务器

我们将分步骤实现一个能接收客户端消息并回显（echo）的服务器。

第1步：包含必要的头文件

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

第2步：创建Socket并绑定端口

int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_fd == -1) {    std::cerr << "创建socket失败！\n";    return -1;}// 允许端口重用int opt = 1;setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));struct sockaddr_in address;address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有IPaddress.sin_port = htons(8080);       // 监听8080端口if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {    std::cerr << "绑定端口失败！\n";    close(server_fd);    return -1;}  

第3步：监听连接并接受客户端

if (listen(server_fd, 10) < 0) { // 最多排队10个连接    std::cerr << "监听失败！\n";    close(server_fd);    return -1;}std::cout << "服务器启动成功，正在监听端口 8080...\n";struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_len = sizeof(client_addr);int client_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);if (client_socket < 0) {    std::cerr << "接受连接失败！\n";    close(server_fd);    return -1;}std::cout << "新客户端连接: "           << inet_ntoa(client_addr.sin_addr)           << ":" << ntohs(client_addr.sin_port) << "\n";  

第4步：收发数据（回显服务）

char buffer[1024] = {0};while (true) {    int bytes_read = read(client_socket, buffer, sizeof(buffer) - 1);    if (bytes_read <= 0) {        std::cout << "客户端断开连接。\n";        break;    }    buffer[bytes_read] = '\0';    std::cout << "收到消息: " << buffer << "\n";    // 回显给客户端    write(client_socket, buffer, strlen(buffer));}  

第5步：关闭连接

close(client_socket);close(server_fd);  

四、完整代码整合

#include <iostream>#include <cstring>#include <unistd.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main() {    // 创建 socket    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if (server_fd == -1) {        std::cerr << "创建socket失败！\n";        return -1;    }    int opt = 1;    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));    struct sockaddr_in address;    address.sin_family = AF_INET;    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    address.sin_port = htons(8080);    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {        std::cerr << "绑定端口失败！\n";        close(server_fd);        return -1;    }    if (listen(server_fd, 10) < 0) {        std::cerr << "监听失败！\n";        close(server_fd);        return -1;    }    std::cout << "服务器启动成功，正在监听端口 8080...\n";    while (true) { // 持续接受新连接        struct sockaddr_in client_addr;        socklen_t client_len = sizeof(client_addr);        int client_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);        if (client_socket < 0) {            std::cerr << "接受连接失败！\n";            continue;        }        std::cout << "新客户端连接: "                   << inet_ntoa(client_addr.sin_addr)                   << ":" << ntohs(client_addr.sin_port) << "\n";        char buffer[1024] = {0};        while (true) {            int bytes_read = read(client_socket, buffer, sizeof(buffer) - 1);            if (bytes_read <= 0) break;            buffer[bytes_read] = '\0';            std::cout << "收到消息: " << buffer << "\n";            write(client_socket, buffer, strlen(buffer));        }        close(client_socket);        std::cout << "客户端已断开。\n";    }    close(server_fd);    return 0;}  

五、编译与测试

将上述代码保存为 tcp_server.cpp，在终端执行：

g++ -o tcp_server tcp_server.cpp

运行服务器：

./tcp_server

另开一个终端，使用 telnet 或 nc 测试：

telnet 127.0.0.1 8080

输入任意文字，服务器会原样返回，验证了我们的基于C++的TCP通信功能正常。

六、进阶建议

当前服务器一次只能处理一个客户端。要支持多客户端，可考虑以下方案：

• 多线程（每个客户端一个线程）
• select/poll/epoll（I/O多路复用）
• 使用异步框架如 Boost.Asio

这些内容属于高级C++ socket编程范畴，建议在掌握基础后再深入学习。

结语

通过本教程，你已经成功实现了一个基础的C++ TCP服务器！这不仅帮助你理解网络通信原理，也为后续开发更复杂的网络应用打下坚实基础。坚持练习，你很快就能构建出工业级的网络服务系统！