QT基础篇（10）QT5网络与通信

Solitude的学习日记2024-01-20 9:48

QT5网络与通信是指在QT5开发环境中使用网络进行数据传输和通信的相关功能和技术。

QT5提供了一套完善的网络模块，包括了TCP、UDP、HTTP等协议的支持，可以方便地在QT应用程序中进行网络通信。通过QT5的网络模块，开发者可以实现客户端和服务器之间的数据传输、消息推送、远程控制等功能。

在QT5中，可以使用QTcpSocket类和QUdpSocket类来实现TCP和UDP协议的数据传输。QTcpSocket类提供了基于TCP协议的套接字接口，可以实现可靠的数据传输和连接管理；QUdpSocket类则提供了基于UDP协议的套接字接口，可以实现快速的数据传输和广播。

除了基本的TCP和UDP通信，QT5还提供了QNetworkAccessManager类和QNetworkRequest类来实现HTTP通信。QNetworkAccessManager类是QT5中的HTTP客户端类，可以实现HTTP请求和响应的处理；QNetworkRequest类用于表示HTTP请求的相关信息，如URL地址、请求头等。

此外，QT5还提供了一些其他的网络相关类和功能，如QTcpServer类用于实现TCP服务器端的功能、QSslSocket类用于实现安全的网络通信、QWebSocket类用于实现WebSocket协议的通信等。

总之，QT5网络与通信提供了一套简单易用、功能丰富的网络编程接口，使得开发者可以方便地在QT应用程序中实现各种网络通信功能。

1.获取本机网络信息

在QT5中，可以使用QNetworkInterface类来获取本机的网络信息。QNetworkInterface类提供了一组静态函数用于查询本机的网络接口信息，如IP地址、MAC地址等。

以下是一个示例代码，展示如何使用QNetworkInterface类获取本机网络信息：

cpp 复制代码 
#include <QtNetwork>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 获取本机的网络接口列表
    QList<QNetworkInterface> interfaceList = QNetworkInterface::allInterfaces();

    // 遍历网络接口列表
    foreach (QNetworkInterface interface, interfaceList) {
        // 输出网络接口的名称和硬件地址（MAC地址）
        qDebug() << "Interface name:" << interface.name();
        qDebug() << "Hardware address (MAC):" << interface.hardwareAddress();

        // 获取接口的IP地址列表
        QList<QNetworkAddressEntry> addressList = interface.addressEntries();
        foreach (QNetworkAddressEntry entry, addressList) {
            // 输出IP地址和子网掩码
            qDebug() << "IP address:" << entry.ip().toString();
            qDebug() << "Netmask:" << entry.netmask().toString();
        }

        qDebug() << "------------------------------------";
    }

    return a.exec();
}

上述代码使用QNetworkInterface::allInterfaces()函数获取本机的所有网络接口列表，然后通过遍历列表，获取每个网络接口的名称、硬件地址（MAC地址）、IP地址等信息，并进行输出展示。

注意，要使用QT的网络模块，需要在.pro文件中添加QT += network声明，以添加网络模块的依赖。

运行上述代码，即可获取到本机的网络信息，并进行输出展示。

2.基于UDP的网络广播程序
2.1 UDP工作原理

UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，它在网络通信中提供了一种简单的、不可靠的数据传输方式。与TCP相比，UDP不提供可靠的传输和重发机制，也没有流量控制和拥塞控制。UDP主要用于那些对实时性要求较高，对数据丢失不敏感的应用场景，如音视频传输、在线游戏等。

UDP的工作原理如下：

  1. 建立UDP套接字：在数据传输之前，发送方和接收方需要分别创建UDP套接字（socket）。套接字是网络通信的端点，用于发送和接收数据。

  2. 发送数据报文：发送方将待发送的数据封装成一个数据报，并通过UDP套接字发送出去。数据报由目标IP地址和端口号标识。

  3. 数据报文传输：UDP将数据报直接传输给目标主机，不进行可靠性保证和流量控制。数据报可能会被网络中的路由器丢失、延迟或重排序。

  4. 数据报文接收：接收方的UDP套接字接收到数据报后，将其解析为原始数据，并提供给应用程序使用。

UDP的特点和适用场景：

  • 无连接：UDP在通信前不需要进行握手和建立连接，因此可以更快地发送数据。
  • 不可靠：数据报可能会丢失、重复、乱序传输，因为UDP不提供重发和确认机制。
  • 尽力而为：UDP尽最大努力交付数据，但不能保证数据的可靠性和按序性。
  • 适用于实时性要求高、数据丢失不敏感的应用场景，如音视频传输、实时游戏等。

总结：UDP是一种简单、高效的传输协议，适用于实时性要求较高、对数据丢失不敏感的应用场景。它不提供可靠性保证和流量控制，但传输速度快，延迟低。

2.2 UDP编程模型

UDP编程模型是一种用于在应用程序中实现UDP通信的方式。UDP编程模型主要包括以下几个步骤：

  1. 创建UDP套接字：在应用程序中创建一个UDP套接字，套接字是进行网络通信的端点，用于发送和接收数据。

  2. 绑定套接字：将套接字绑定到一个特定的本地IP地址和端口号上。这样，套接字就可以接收来自该IP地址和端口号的数据。

  3. 发送数据：通过UDP套接字发送数据报文。发送时，需要指定目标IP地址和端口号。

  4. 接收数据：通过UDP套接字接收数据报文。可以使用非阻塞模式或阻塞模式进行接收。

  5. 处理接收的数据：应用程序处理接收到的数据报文，解析其中的数据并进行相关的处理。

  6. 关闭套接字：完成UDP通信后，应用程序需要关闭套接字释放资源。

在实际的UDP编程中，可以使用不同的编程语言和框架来实现UDP通信。例如，使用C语言可以使用socket API来创建和管理UDP套接字，使用Python可以使用socket模块来进行UDP编程，使用Qt框架可以使用QUdpSocket类来实现UDP通信等。

总结：UDP编程模型包括创建UDP套接字、绑定套接字、发送和接收数据以及处理数据的过程。通过使用不同的编程语言和框架，可以实现UDP通信并进行相应的数据处理。

2.3 UDP服务器编程

在QT5中，可以使用QUdpSocket类来实现UDP服务器端的编程。以下是一个基本的QT5 UDP服务器端编程的示例：

cpp 复制代码 
#include <QtNetwork>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    
    // 创建一个QUdpSocket对象
    QUdpSocket udpSocket;
    
    // 绑定服务器的IP地址和端口号
    udpSocket.bind(QHostAddress::AnyIPv4, 1234);
    
    // 当有数据到达时触发readyRead()函数
    QObject::connect(&udpSocket, &QUdpSocket::readyRead, [&](){
        while (udpSocket.hasPendingDatagrams()) {
            // 读取接收到的数据报文
            QByteArray datagram;
            datagram.resize(udpSocket.pendingDatagramSize());
            udpSocket.readDatagram(datagram.data(), datagram.size());
            
            // 处理接收到的数据，这里简单打印出数据内容
            qDebug() << "Received data: " << datagram;
        }
    });
    
    return a.exec();
}

在上面的代码中，首先创建一个QUdpSocket对象udpSocket，然后使用bind()函数将其绑定到服务器端的IP地址和端口号上（这里使用了任意IPv4地址和端口号1234）。接下来，使用QObject的connect()函数将udpSocket的readyRead信号连接到一个lambda函数，该函数会在有数据到达时被触发。在lambda函数中，通过udpSocket的pendingDatagramSize()函数获取待处理数据报文的大小，并使用readDatagram()函数读取数据报文的内容。最后，可以根据业务需求进行对接收数据的处理。

请注意，以上示例仅为演示UDP服务器端的基本逻辑，实际的服务器端编程可能还需要处理各种异常情况，进行错误处理，以及向客户端发送响应等。

2.4 UDP客户端编程

在QT5中，可以使用QUdpSocket类来实现UDP客户端的编程。以下是一个基本的QT5 UDP客户端编程的示例：

cpp 复制代码 
#include <QtNetwork>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    
    // 创建一个QUdpSocket对象
    QUdpSocket udpSocket;
    
    // 发送数据报文到服务器端
    QByteArray datagram = "Hello, server!";
    udpSocket.writeDatagram(datagram, QHostAddress("127.0.0.1"), 1234);
    
    // 当有数据到达时触发readyRead()函数
    QObject::connect(&udpSocket, &QUdpSocket::readyRead, [&](){
        while (udpSocket.hasPendingDatagrams()) {
            // 读取接收到的数据报文
            QByteArray datagram;
            datagram.resize(udpSocket.pendingDatagramSize());
            udpSocket.readDatagram(datagram.data(), datagram.size());
            
            // 处理接收到的数据，这里简单打印出数据内容
            qDebug() << "Received data: " << datagram;
        }
    });
    
    return a.exec();
}

在上面的代码中，首先创建一个QUdpSocket对象udpSocket。然后，使用writeDatagram()函数向服务器端发送数据报文，其中datagram是要发送的数据，QHostAddress("127.0.0.1")是服务器的IP地址，1234是服务器的端口号。接下来，使用QObject的connect()函数将udpSocket的readyRead信号连接到一个lambda函数，该函数会在有数据到达时被触发。在lambda函数中，通过udpSocket的pendingDatagramSize()函数获取待处理数据报文的大小，并使用readDatagram()函数读取数据报文的内容。最后，可以根据业务需求进行对接收数据的处理。

请注意，以上示例仅为演示UDP客户端的基本逻辑，实际的客户端编程可能还需要处理各种异常情况，进行错误处理，以及定时发送数据等。

3.基于TCP的网络聊天室程序
3.1 TCP工作原理

TCP（Transmission Control Protocol）是一种可靠的、面向连接的传输层协议，用于在网络上传输数据。它提供了以下主要功能：

  1. 连接建立：在通信双方之间建立一个可靠的连接，形成一个数据传输通道。

  2. 可靠性：通过使用序列号、确认应答、重传机制等，确保数据的可靠传输。如果数据丢失或损坏，TCP会要求对方重新发送。

  3. 拥塞控制：通过动态调整发送速率，避免网络拥塞，保持良好的网络性能。

  4. 面向字节流：TCP把数据看作是一连串的无结构的字节流，没有明确的数据报文边界。TCP会保持字节的顺序，并对字节进行分割和重组。

  5. 流量控制：通过滑动窗口机制，控制发送方的发送速率，使接收方能够及时处理接收到的数据。

  6. 超时重传：如果一段时间内没有收到对方的确认应答，TCP会重新发送之前发送的数据。

TCP的工作原理如下：

  1. 三次握手建立连接：

    • 客户端发送一个SYN（同步）报文给服务端，请求建立连接。
    • 服务端接收到SYN报文后，回复一个SYN+ACK（同步+确认）报文，表示同意建立连接。
    • 客户端收到服务端的SYN+ACK报文后，再回复一个ACK（确认）报文，建立连接。

  2. 数据传输：

    • 连接建立后，可以进行数据的传输。客户端通过发送数据报文给服务端，服务端接收到数据后进行处理。
    • 数据报文按序列号分割成报文段，并发送给接收方。
    • 接收方收到报文段后，根据序列号进行排序和重组，然后交给应用层进行处理。

  3. 连接释放：

    • 当数据传输结束后，或者发生异常情况时，需要关闭连接。
    • 一方发送一个FIN（结束）报文给对方，表示要关闭连接。
    • 接收方收到FIN报文后，回复一个ACK报文进行确认。
    • 接收方也可以发送一个FIN报文给发送方，表示同意关闭连接。
    • 最后，发送方收到ACK报文后，连接关闭。

通过以上的握手和释放过程，TCP协议可以确保可靠的数据传输，并提供了流量控制和拥塞控制机制，使得数据在网络上能够高效、可靠地传输。

3.2 TCP编程模型

TCP编程模型是一种基于TCP协议的网络编程模型，用于实现网络应用程序的通信。它包括以下几个步骤：

  1. 创建Socket：在客户端和服务器端分别创建一个Socket对象，用于建立连接并进行数据的传输。客户端需要指定服务器的IP地址和端口号，而服务器只需指定一个监听的端口号。

  2. 建立连接：客户端通过调用Socket对象的connect()方法，向指定的服务器地址和端口号发起连接请求。如果连接成功，客户端和服务器端都会创建一个TCP连接。

  3. 数据发送和接收：连接建立后，客户端和服务器端可以通过Socket对象的send()和recv()方法来发送和接收数据。客户端可以将需要发送的数据通过send()方法发送给服务器端，而服务器则通过recv()方法接收客户端发送的数据。

  4. 关闭连接：当通信结束后，客户端和服务器端均需要调用Socket对象的close()方法来关闭连接。

在TCP编程模型中，客户端和服务器端的代码逻辑有所不同：

客户端代码逻辑：

  1. 创建Socket对象；
  2. 连接服务器；
  3. 发送数据；
  4. 接收数据；
  5. 关闭连接。

服务器端代码逻辑：

  1. 创建Socket对象；
  2. 绑定监听端口；
  3. 进入监听状态，等待客户端连接；
  4. 接收连接请求；
  5. 接收数据；
  6. 发送数据；
  7. 关闭连接。

需要注意的是，TCP编程模型是基于阻塞IO的，即当一个操作被执行时，程序会一直等待该操作完成后再继续执行下一步操作。如果需要实现非阻塞IO，可以使用多线程或异步IO等方式来实现。

3.3 TCP服务器编程

在QT5中编写TCP服务器程序的步骤如下：

  1. 导入所需的QT相关模块：
cpp 复制代码 
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
  1. 创建QTcpServer对象和QTcpSocket对象：
cpp 复制代码 
QTcpServer *server = new QTcpServer;
QTcpSocket *socket;
  1. 监听客户端连接请求并处理：
cpp 复制代码 
bool success = server->listen(QHostAddress::Any, 1234); // 监听任意地址的1234端口
if(!success) {
    // 监听失败的处理逻辑
}

// 当有客户端连接请求时，执行连接事件的处理函数
connect(server, &QTcpServer::newConnection, [=]() {
    socket = server->nextPendingConnection(); // 接受连接请求并返回一个新的socket对象
    // 连接建立成功的处理逻辑
    
    // 处理接收到的数据
    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
        QByteArray data = socket->readAll(); // 读取接收到的数据
        // 处理接收到的数据的逻辑
    });

    // 处理连接断开
    connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, [=]() {
        socket->deleteLater(); // 删除socket对象
    });
});
  1. 在需要发送数据时，使用QTcpSocket对象来发送数据：
cpp 复制代码 
socket->write("Hello, client!");// 发送数据
  1. 关闭服务器：
cpp 复制代码 
server->close();

注：以上代码只是简单的示例，实际应用中需根据具体情况进行修改和完善。

3.4 TCP客户端编程

在QT5中编写TCP客户端程序的步骤如下：

  1. 导入所需的QT相关模块：
cpp 复制代码 
#include <QTcpSocket>
  1. 创建QTcpSocket对象：
cpp 复制代码 
QTcpSocket *socket = new QTcpSocket;
  1. 连接到服务器：
cpp 复制代码 
socket->connectToHost("服务器IP", 1234); // 连接到服务器的IP和端口号
if(socket->waitForConnected()) {
    // 连接成功的处理逻辑
} else {
    // 连接失败的处理逻辑
}
  1. 处理接收到的数据：
cpp 复制代码 
connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
    QByteArray data = socket->readAll(); // 读取接收到的数据
    // 处理接收到的数据的逻辑
});
  1. 在需要发送数据时，使用QTcpSocket对象来发送数据：
cpp 复制代码 
socket->write("Hello, server!"); // 发送数据
  1. 关闭连接：
cpp 复制代码 
socket->close();

注：以上代码只是简单的示例，实际应用中需根据具体情况进行修改和完善。

4.QT网络应用开发初步
4.1 简单网页浏览器

在QT5中编写一个简单的网页浏览器，需要使用QT的QWebEngineView类来显示网页内容。以下是一个基本的示例：

  1. 导入所需的QT相关模块：
cpp 复制代码 
#include <QApplication>
#include <QWebEngineView>
  1. 创建一个QWebEngineView对象并设置其大小和标题：
cpp 复制代码 
QWebEngineView *view = new QWebEngineView;
view->resize(800, 600); // 设置窗口大小
view->setWindowTitle("Simple Web Browser"); // 设置窗口标题
  1. 加载网页：
cpp 复制代码 
view->load(QUrl("http://www.example.com")); // 加载指定网页
  1. 显示窗口：
cpp 复制代码 
view->show(); // 显示窗口
  1. 运行应用程序：
cpp 复制代码 
return QApplication::exec(); // 运行QT应用程序的事件循环

完整的示例代码如下：

cpp 复制代码 
#include <QApplication>
#include <QWebEngineView>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);

    QWebEngineView *view = new QWebEngineView;
    view->resize(800, 600);
    view->setWindowTitle("Simple Web Browser");
    view->load(QUrl("http://www.example.com"));
    view->show();

    return QApplication::exec();
}

可以根据需要修改网页的URL和窗口大小等参数。编译运行该示例代码，即可打开一个简单的网页浏览器窗口，并加载指定的网页。

4.2 文件下载实例

在QT5中实现文件下载可以使用QNetworkAccessManager和QNetworkReply类。以下是一个简单的示例：

cpp 复制代码 
#include <QCoreApplication>
#include <QNetworkAccessManager>
#include <QNetworkReply>
#include <QFile>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QString url = "https://www.example.com/file.txt"; // 下载文件的URL
    QString savePath = "/path/to/save/file.txt"; // 保存文件的路径

    QNetworkAccessManager manager;
    QNetworkReply *reply = manager.get(QNetworkRequest(QUrl(url)));

    // 连接下载完成的信号
    QObject::connect(reply, &QNetworkReply::finished, [&a, reply, savePath]() {
        if (reply->error() == QNetworkReply::NoError) {
            QFile file(savePath);
            if (file.open(QIODevice::WriteOnly)) {
                file.write(reply->readAll());
                file.close();
                qDebug() << "File downloaded successfully.";
            } else {
                qDebug() << "Failed to open file for writing.";
            }
        } else {
            qDebug() << "Download failed:" << reply->errorString();
        }
        
        reply->deleteLater();
        a.quit();
    });

    return a.exec();
}

在上面的示例中，我们创建了一个QNetworkAccessManager对象，并使用get()函数发起一个GET请求来下载文件。然后，我们连接QNetworkReply对象的finished()信号，当下载完成时，会触发该信号，我们在该信号的槽函数中将文件保存到指定的路径。如果下载过程中出错，我们会输出错误信息。最后，我们调用a.quit()来退出应用程序。

请注意将https://www.example.com/file.txt替换为实际的文件下载链接，并将/path/to/save/file.txt替换为文件保存的实际路径。

编译运行该示例代码，即可实现文件下载功能。

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