QT -- 网络编程

Qt 网络

Qt 为了支持跨平台, 对网络编程的 API 也进行了重新封装.Qt Network 是一个用于C++应用程序网络编程的模块，它提供了一套从底层套接字操 作到高层网络协议（如HTTP）的完整API。其核心特点是将复杂的网络通信功能封装为易于使用的类，并深度融入Qt的事件驱动 和信号槽机制，让开发者能高效地开发客户端和服务器程序。

注意：实际 Qt 开发中进行网络编程, 也不⼀定使用 Qt 封装的网络 API, 也有⼀定可能使用的是系统原生 API 或者其他第三方框架的 API。
在进行网络编程之前, 需要在项目中的 .pro 文件中添加 network 模块，QT中有很多模块，需要使用哪些模块，需要在.pro 文件中添加，这样在编译的时候才能把相关模块加载进来。

UDP Socket

核心 API 概览

主要的类有两个QUdpSocket 和 QNetworkDatagram

QUdpSocket 表示⼀个 UDP 的 socket 文件.

名称	类型	说明	对标原生 API
`bind(const QHostAddress&, quint16)`	方法	绑定指定的端口号。	`bind`
`receiveDatagram()`	方法	返回 `QNetworkDatagram`，读取一个 UDP 数据报。	`recvfrom`
`writeDatagram(const QNetworkDatagram&)`	方法	发送一个 UDP 数据报。	`sendto`
`readyRead`	信号	在收到数据并准备就绪后触发。	无（类似于 IO 多路复用的通知机制）

QNetworkDatagram 表示⼀个 UDP 数据报

名称	类型	说明	对标原生 API
`QNetworkDatagram(const QByteArray&, const QHostAddress&, quint16)`	构造函数	通过 `QByteArray`、目标 IP 地址、目标端口号构造一个 UDP 数据报。通常用于发送数据时。	无
`data()`	方法	获取数据报内部持有的数据。返回 `QByteArray`。	无
`senderAddress()`	方法	获取数据报中包含的对端的 IP 地址。	无，`recvfrom` 包含了该功能。
`senderPort()`	方法	获取数据报中包含的对端的端口号。	无，`recvfrom` 包含了该功能。

回显服务器

1.创建一个QListWidget页面来显示信息

2.在Widget.h中添加QUdpSocket成员

c 复制代码

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include<QUdpSocket>  //添加头文件
QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();

private:
    Ui::Widget *ui;
    QUdpSocket* socket; //添加QUdpSocket成员
};
#endif // WIDGET_H

3.修改 widget.cpp, 完成 socket 后续的初始化

注意：⼀般来说, 要先连接信号槽, 再绑定端口.如果顺序反过来, 可能会出现端⼝绑定好了之后, 请求就过来了. 此时还没来得及连接信号槽. 那么这个请求就有可能错过了.

c 复制代码

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    //创建QUdpSocket对象
    socket = new QUdpSocket(this);
    //连接信号槽
    connect(socket,&QUdpSocket::readyRead,this,&Widget::processRequest);
    //绑定IP和端口号
    bool ret = socket->bind(QHostAddress::Any,8080);
    if(!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this,"服务器启动出错",socket->errorString()); //errorString就相当于Linux中的perror,本质上也是对error的封装。
        return;
    }
    
}
//处理客户端请求
void Widget::processRequest()
{
    //1.读取请求并解析
    QNetworkDatagram requestDatagram = socket->receiveDatagram();
    QString request = requestDatagram.data();//返回值是QByteArray类型，可以直接赋值给QString
    //2.根据请求计算响应
    QString response = process(request);
    //3.把响应写回到客户端
    QNetworkDatagram responseDatagram(response.toUtf8(),requestDatagram.senderAddress(),
                          requestDatagram.senderPort());//toUtf8返回QString中的字节数组QByteArray,senderAddress和senderPort指明发送给谁
    socket->writeDatagram(responseDatagram);
    //4.打印日志
    QString log = "["+requestDatagram.senderAddress().toString()+":"+
            QString::number(requestDatagram.senderPort())+"],request:"+request
            +" response:"+response;
    ui->listWidget->addItem(log);
}

4.实现 process 函数

由于我们此处是实现回显服务器. 所以 process 方法中并没有包含实质性的内容.

c 复制代码

const QString& Widget::process(const QString &text)
{
    return text;
}

注意： "根据请求处理响应" 是服务器开发中的最核心的步骤.⼀个商业服务器程序, 这里的逻辑可能是几万行几十万行代码量级的。

此时, 服务器程序编写完毕.

但是直接运行还看不出效果. 还需要搭配客户端来使用。

回显客户端

创建界⾯. 包含⼀个 QLineEdit , QPushButton , QListWidget

先使用⽔平布局把 QLineEdit 和 QPushButton 放好, 并设置这两个控件的垂直方向的
sizePolicy 为 Expanding
再使用垂直布局把 QListWidget 和上面的水平布局放好.
设置垂直布局的 layoutStretch 为 5, 1 (自己课根据个人喜好微调)

2.在 widget.cpp 中, 先创建两个全局常量, 表示服务器的 IP 和端口

c 复制代码

const QString SERVER_IP = "127.0.0.1";
const quint16 SERVER_PORT = 8080;

创建 QUdpSocket 成员，修改 widget.h，定义成员

c 复制代码

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
void process();
private slots:
void on_pushButton_clicked();

private:
    Ui::Widget *ui;
    QUdpSocket* socket;
};

4.修改 widget.cpp, 初始化 socket

c 复制代码

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    //设置窗口标题
    this->setWindowTitle("client");
    //创建QUdpSocket实例
    socket = new QUdpSocket(this);
    //连接信号槽
    connect(socket,&QUdpSocket::readyRead,this,&Widget::process);
}

5.发送按钮 slot 函数, 实现发送请求.

c 复制代码

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    //获取输入数据
    QString text = ui->lineEdit->text();
    //封装数据报
    QNetworkDatagram requestDategram(text.toUtf8(),QHostAddress(SERVER_IP),
                                     SERVER_PORT);
    //发送请求
    socket->writeDatagram(requestDategram);
    ui->listWidget->addItem("客户端说："+text);
    ui->lineEdit->setText("");

}

6.通过信号槽, 来处理服务器的响应.

c 复制代码

//处理响应
void Widget::process()
{
    //收到响应
    QNetworkDatagram responseDatagram = socket->receiveDatagram();
    QString response = responseDatagram.data();
    ui->listWidget->addItem("服务器说："+response);
}

结果展示，启动多个客户端都可以正常工作

TCP Socket

TCP三次握手，建立流程的过程是操作系统在内核中完成的，应用层的代码只能告诉内核，我要发起一个连接（客户端），或者是我要获取一个建立好的连接（服务器）。

QTcpServer 是"接待员"：它的唯一工作就是监听网络端口，等待并接受新的连接请求。它不参与具体的数据交换。
QTcpSocket 是"通讯员"：它的核心工作是建立一个连接通道，负责所有数据的发送和接收。无论是客户端发起的连接，还是服务器接受的连接，最终进行数据通信的都是 QTcpSocket 对象。

核心 API 概览

核心类是两个: QTcpServer 和 QTcpSocket
QTcpServer 用于监听端口, 和获取客户端连接。

名称	类型	说明	对标原生 API
`listen(const QHostAddress&, quint16 port)`	方法	绑定指定的地址和端口号，并开始监听。	`bind` 和 `listen`
`nextPendingConnection()`	方法	从系统中获取一个已经建立好的 TCP 连接。返回一个 `QTcpSocket`，表示这个客户端的连接。通过这个 socket 对象完成和客户端之间的通信。	`accept`
`newConnection`	信号	有新的客户端建立连接好之后触发。	无（类似于 IO 多路复用中的通知机制）

QTcpSocket 用户客户端和服务器之间的数据交互。

名称	类型	说明	对标原生 API
`readAll()`	方法	读取当前接收缓冲区中的所有数据，返回 `QByteArray` 对象。	`read`
`write(const QByteArray&)`	方法	把数据写入 socket 中。	`write`
`deleteLater`	方法	暂时把 socket 对象标记为无效，Qt 会在下个事件循环中析构释放该对象。	无（类似于"半自动化的垃圾回收"）
`readyRead`	信号	有数据到达并准备就绪时触发。	无（类似于 IO 多路复用中的通知机制）
`disconnected`	信号	连接断开时触发。	无（类似于 IO 多路复用中的通知机制）

QByteArray 用于表示⼀个字节数组. 可以很方便的和 QString 进行相互转换.

例如:

• 使用 QString 的构造函数即可把 QByteArray 转成 QString.

• 使用 QString 的 toUtf8 函数即可把 QString 转成 QByteArray

回显服务器

创建界⾯. 包含⼀个 QListWidget , 用于显示收到的数据

2.创建 QTcpServer 并初始化

修改 widget.h, 添加 QTcpServer 指针成员.

c 复制代码

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
public slots:
    void processConnection();
    QString process(const QString& response);
private:
    Ui::Widget *ui;
    QTcpServer* server;
};

3.修改 widget.cpp, 实例化 QTcpServer 并进行后续初始化操作

• 设置窗口标题

• 实例化 TCP server. (父元素设为当前控件, 会在父元素销毁时被⼀起销毁).

• 通过信号槽, 处理客户端建立的新连接.

• 监听端口

c 复制代码

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    //设置窗口标题
    this->setWindowTitle("server");
    //创建QTcpServer实例对象
    server = new QTcpServer(this);//绑定对象树
    //绑定信号槽,获取新连接时触发信号
    connect(server,&QTcpServer::newConnection,this,&Widget::processConnection);
    //绑定端口号并监听
    bool ret = server->listen(QHostAddress::Any,8080);
    if(!ret)
    {
     QMessageBox::critical(this,"服务器绑定失败",server->errorString());
     return;
    }
}

4.继续修改 widget.cpp, 实现处理连接的具体方法 processConnection

• 获取到新的连接对应的 socket.

• 通过信号槽, 处理收到请求的情况

• 通过信号槽, 处理断开连接的情况

c 复制代码

//处理新连接
void Widget::processConnection()
{
    //获取新连接
    QTcpSocket* socket = server->nextPendingConnection();
    QString log = "[" + socket->peerAddress().toString()+":"+
            QString::number(socket->peerPort()) + "],client上线!";
    ui->listWidget->addItem(log);
    //添加信号槽
    connect(socket,&QTcpSocket::readyRead,this,[=](){
        //获取请求
        QString request = socket->readAll();
        //处理请求
        QString response = process(request);
        //发送响应
        socket->write(response.toUtf8());
        QString log = "["+socket->peerAddress().toString()+":"+
                QString::number(socket->peerPort())+"] request:"+request+
        ",response"+response;
        ui->listWidget->addItem(log);
    });
    //处理断开连接的情况
    connect(socket,&QTcpSocket::disconnected,this,[=](){
        QString log = "[" + socket->peerAddress().toString()+":"+
                QString::number(socket->peerPort()) + "],client下线!";
        ui->listWidget->addItem(log);
        socket->deleteLater();
    });

}

5.实现 process 方法, 实现根据请求处理响应.

由于我们此处是实现回显服务器. 所以 process 方法中并没有包含实质性的内容

c 复制代码

QString Widget::process(const QString &response)
{
    return response;
}

此时, 服务器程序编写完毕.

但是直接运行还看不出效果. 还需要搭配客户端来使用。

回显客户端

创建界⾯. 包含⼀个 QLineEdit , QPushButton , QListWidget

先使用⽔平布局把 QLineEdit 和 QPushButton 放好, 并设置这两个控件的垂直方向的
sizePolicy 为 Expanding
再使用垂直布局把 QListWidget 和上面的水平布局放好.
设置垂直布局的 layoutStretch 为 5, 1 (自己课根据个人喜好微调)

2.在 widget.cpp 中, 先创建两个全局常量, 表示服务器的 IP 和端口

c 复制代码

const QString SERVER_IP = "127.0.0.1";
const quint16 SERVER_PORT = 8080;

创建 QUdpSocket 成员，修改 widget.h，定义成员

c 复制代码

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();


private slots:
    void on_pushButton_clicked();
    void process();
private:
    Ui::Widget *ui;
    QTcpSocket* socket;
};

3.修改 widget.cpp, 对 QTcpSocket 进行实例化.

• 设置窗口标题

• 实例化 socket 对象 (父元素设为当前控件, 会在父元素销毁时被⼀起销毁).

• 和服务器建立连接.

• 等待并确认连接是否出错

c 复制代码

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    //设置窗口标题
    this->setWindowTitle("client");
    //实例化QTcpSocket对象
    socket = new QTcpSocket(this);
    //连接信号槽
    connect(socket,&QTcpSocket::readyRead,this,&Widget::process);
    //和服务器建立连接
    socket->connectToHost(SERVER_IP,SERVER_PORT);
    //等待并确认连接是否出错
    if(!socket->waitForConnected())
    {
        QMessageBox::critical(this,"服务器建立连接失败",socket->errorString());
        return;
    }
}

4.修改 widget.cpp, 给按钮增加点击的 slot 函数, 实现发送请求给服务器.

c 复制代码

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    //获取输入框中的内容
    QString text = ui->lineEdit->text();
    //发送请求
    socket->write(text.toUtf8());
    //打印日志
    QString log = "客户端说："+text;
    ui->listWidget->addItem(log);
    ui->lineEdit->setText("");
}

5.通过信号槽, 处理收到的服务器的响应.

c 复制代码

//处理获取的内容
void Widget::process()
{
    //获取响应
    QString response = socket->readAll();
    //打印日志
    QString log = "服务器说："+response;
    ui->listWidget->addItem(log);
}

先启动服务器, 再启动客户端(可以启动多个), 最终执行效果:

由于我们使用信号槽处理同⼀个客户端的多个请求, 不涉及到循环, 也就不会使客户端之间相互影响了。

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回显服务器

回显客户端

TCP Socket

核心 API 概览

回显服务器

回显客户端