【Qt开发】Qt系统（九）-＞ Qt TCP Socket

枫叶丹42026-01-25 8:08

文章目录

  • [1 -> 概述](#1 -> 概述)
  • [2 -> 核心 API 详解](#2 -> 核心 API 详解)
    • [2.1 -> QTcpServer](#2.1 -> QTcpServer)
      • [2.1.1 -> 关键方法](#2.1.1 -> 关键方法)
      • [2.1.2 -> 关键信号](#2.1.2 -> 关键信号)
      • [2.1.3 -> 工作流程简述](#2.1.3 -> 工作流程简述)
    • [2.2 -> QTcpSocket](#2.2 -> QTcpSocket)
      • [2.2.1 -> 关键方法](#2.2.1 -> 关键方法)
      • [2.2.2 -> 关键信号](#2.2.2 -> 关键信号)
      • [2.2.3 -> 关键属性与状态](#2.2.3 -> 关键属性与状态)
    • [2.3 -> QByteArray 与 QString 的转换](#2.3 -> QByteArray 与 QString 的转换)
  • [3 -> 通信流程概述](#3 -> 通信流程概述)
    • [3.1 -> 服务器端典型流程](#3.1 -> 服务器端典型流程)
    • [3.2 -> 客户端典型流程](#3.2 -> 客户端典型流程)
  • [4 -> 代码示例](#4 -> 代码示例)
    • [4.1 -> 回显客户端](#4.1 -> 回显客户端)
    • [4.2 -> 回显服务端](#4.2 -> 回显服务端)
  • [5 -> 总结](#5 -> 总结)

1 -> 概述

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接、可靠、基于字节流的传输层通信协议。在 Qt 框架中，TCP 网络编程主要通过 QTcpServer 和 QTcpSocket 两个核心类来实现，它们封装了底层 Socket 的复杂性，提供了面向对象、事件驱动的高级 API，大大简化了网络应用的开发过程。

Qt 的网络模块是跨平台的，这意味着使用 Qt 编写的 TCP 程序可以在 Windows、Linux、macOS 等操作系统上运行而无需修改代码，这对于需要部署在多种环境下的应用程序来说是一个巨大的优势。

在 Qt 中进行 TCP 编程，本质上是在构建客户端-服务器模型。服务器负责监听指定端口、接受客户端连接请求并与客户端进行数据交换；客户端则主动发起连接，与服务器建立通信链路并进行数据传输。Qt 的信号与槽机制非常适合处理网络事件，例如连接建立、数据到达、连接断开等，使得程序逻辑清晰、易于维护。

2 -> 核心 API 详解

2.1 -> QTcpServer

QTcpServer 类用于创建一个 TCP 服务器，其主要职责是监听指定 IP 地址和端口，接受传入的连接请求，并为每个连接创建一个独立的 QTcpSocket 对象来处理后续通信。

2.1.1 -> 关键方法

  • bool listen(const QHostAddress &address = QHostAddress::Any, quint16 port = 0)

    启动服务器监听。

    • address：监听的 IP 地址，QHostAddress::Any 表示监听所有网络接口。
    • port：端口号，如果设为 0，系统会自动分配一个可用端口。
    • 返回值：成功监听返回 true，否则返回 false（可通过 errorString() 获取错误信息）。

  • QTcpSocket *nextPendingConnection()

    获取下一个等待处理的客户端连接。

    该方法返回一个已建立连接的 QTcpSocket 对象，该对象由 QTcpServer 内部创建并管理，用于后续与对应客户端的数据交换。
    注意 ：每次调用都应检查返回值是否为 nullptr。

2.1.2 -> 关键信号

  • void newConnection()
    当有新的客户端连接成功时触发此信号。通常在此信号的槽函数中调用 nextPendingConnection() 获取新连接并进行初始化设置（如连接信号槽、保存 socket 对象等）。

2.1.3 -> 工作流程简述

  1. 创建 QTcpServer 对象。
  2. 调用 listen() 绑定端口并开始监听。
  3. 连接 newConnection() 信号到自定义槽函数。
  4. 在槽函数中通过 nextPendingConnection() 获取客户端 socket。
  5. 为获取到的 socket 连接相关信号（如 readyRead、disconnected），实现业务逻辑。

2.2 -> QTcpSocket

QTcpSocket 类代表一个 TCP 连接，既可用于客户端发起连接，也可用于服务器端处理某个具体客户端的通信。它继承自 QAbstractSocket，并间接继承自 QIODevice，因此可以像文件一样进行读写操作。

2.2.1 -> 关键方法

  • void connectToHost(const QString &hostName, quint16 port, OpenMode openMode = ReadWrite)

    （客户端使用）连接到指定的服务器。

    • hostName：主机名或 IP 地址。
    • port：目标端口。
    • openMode：打开模式，通常为 ReadWrite。

  • qint64 read(char *data, qint64 maxSize) / QByteArray readAll() / QByteArray read(qint64 maxSize)

    从接收缓冲区读取数据。readAll() 会读取所有当前可用的数据，返回 QByteArray 对象。

  • qint64 write(const char *data, qint64 size) / qint64 write(const QByteArray &data)

    向连接中写入数据。数据会被放入发送缓冲区，由 Qt 在后台异步发送。

  • void disconnectFromHost()

    主动断开连接。断开过程是异步的，可配合 disconnected() 信号使用。

  • void abort()

    立即中止连接，丢弃所有未发送或未接收的数据。

2.2.2 -> 关键信号

  • void connected()

    成功连接到远程主机后触发。

  • void disconnected()

    连接断开时触发（可能是远程主机关闭、网络故障或主动断开）。

  • void readyRead()

    当有新的数据到达并可供读取时触发。由于 TCP 是流式协议，数据可能分多次到达，通常在此信号的槽函数中循环读取直到 bytesAvailable() 为 0。

  • void bytesWritten(qint64 bytes)

    当部分数据被成功写入底层 socket 时触发，可用于实现发送进度指示或流量控制。

2.2.3 -> 关键属性与状态

  • state()

    返回 socket 的当前状态（如 UnconnectedState、ConnectedState 等）。

  • error() 与 errorString()

    获取最后一次发生的错误代码及描述。

  • peerAddress() 与 peerPort()

    获取远程对端的 IP 地址和端口号（在连接建立后有效）。

2.3 -> QByteArray 与 QString 的转换

由于网络传输的是字节流，而 Qt 程序中常使用 QString 处理文本，因此两者间的转换非常常见：

  • QString → QByteArray

    cpp 复制代码 
    QString str = "Hello";
QByteArray data = str.toUtf8(); // 常用 UTF-8 编码

  • QByteArray → QString

    cpp 复制代码 
    QByteArray data = ...;
QString str = QString::fromUtf8(data);

3 -> 通信流程概述

3.1 -> 服务器端典型流程

  1. 创建 QTcpServer，监听指定端口。
  2. 在 newConnection() 槽中接受新连接，获取 QTcpSocket。
  3. 为该 socket 连接 readyRead() 信号，在槽函数中读取请求数据，处理业务，并回复响应。
  4. 连接 disconnected() 信号，在客户端断开时进行资源清理（如调用 deleteLater() 删除 socket 对象）。

3.2 -> 客户端典型流程

  1. 创建 QTcpSocket，调用 connectToHost() 连接服务器。
  2. 连接 connected() 信号，确认连接成功。
  3. 连接 readyRead() 信号，接收服务器返回的数据。
  4. 使用 write() 发送请求数据。
  5. 在适当时机断开连接或处理异常断开。

4 -> 代码示例

4.1 -> 回显客户端

widget.cpp

cpp 复制代码 
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

#include <QMessageBox>

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    // 1. 创建 QTcpServer 的实例
    socket = new QTcpSocket(this);

    // 2. 设置标题
    this->setWindowTitle("客户端");

    // 3. 和服务器建立连接
    socket->connectToHost("127.0.0.1", 9090);

    // 4. 连接信号槽, 处理响应
    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, [=](){
        // a) 读取出响应内容
        QString response = socket->readAll();

        // b) 把响应内容显示到界面上
        ui->listWidget->addItem("服务器说: " + response);

    });

    // 5. 等待连接建立的结果. 确认是否连接成功
    bool ret = socket->waitForConnected();
    if (!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this, "连接服务器出错", socket->errorString());
        exit(1);
    }

}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}


void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    // 1. 获取到输入框中的内容
    const QString& text = ui->lineEdit->text();

    // 2. 发送数据给服务器
    socket->write(text.toUtf8());

    // 3. 把发的消息显示到界面上
    ui->listWidget->addItem("客户端说: " + text);

    // 4. 清空输入框的内容
    ui->lineEdit->setText("");

}

4.2 -> 回显服务端

widget.cpp

cpp 复制代码 
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

#include <QMessageBox>
#include <QTcpSocket>

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    // 1. 创建 QTcpServer 的实例
    tcpServer = new QTcpServer(this);

    // 2. 设置标题
    this->setWindowTitle("服务器");

    // 3. 通过信号槽, 指定如何处理连接
    connect(tcpServer, &QTcpServer::newConnection, this, &Widget::processConnection);

    bool ret = tcpServer->listen(QHostAddress::Any, 9090);
    if (!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this, "服务器启动失败！", tcpServer->errorString());
        exit(1);
    }

}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

void Widget::processConnection()
{
    // 1. 通过 tcpServer 拿到一个 socket 对象, 通过这个对象来和客户端进行通信
    QTcpSocket* clientSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
    QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) +
            " ] 客户端上线！";
    ui->listWidget->addItem(log);

    // 2. 通过信号槽, 来处理客户端发来请求的情况
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, [=](){
        // a) 读取出请求数据. 此处 readAll 返回的是 QByteArray, 通过赋值转成 QString
        QString request = clientSocket->readAll();

        // b) 根据请求处理响应
        const QString& response = process(request);

        // c) 把响应写回到客户端
        clientSocket->write(response.toUtf8());

        // d) 把上述信息记录到日志中
        QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) + " ] "
                + "req: " + request + ", " + "resp: " + response;
        ui->listWidget->addItem(log);

    });

    // 3. 通过信号槽, 来处理客户端断开连接的情况
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, [=](){
        // a) 把断开连接的信息通过日志显示出来
        QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) +
                " ] 客户端下线！";
        ui->listWidget->addItem(log);
        // b) 手动释放 clientSocket. 直接使用 delete 是下策, 使用 deleteLater 更加合适的.
        // delete clientSocket;
        clientSocket->deleteLater();
    });

}

// 此处写的是回显服务器
QString Widget::process(const QString request)
{

    return request;
}

5 -> 总结

Qt 的 TCP 网络编程模块通过 QTcpServer 和 QTcpSocket 提供了高度封装、易于使用的 API，大大降低了网络应用程序的开发难度。其特点可总结如下：

  • 面向对象与事件驱动：通过信号与槽机制处理连接、数据接收、断开等事件，代码结构清晰。
  • 跨平台性：同一套代码可在主流操作系统上运行，无需关心底层 Socket API 差异。
  • 与 Qt 生态无缝集成：可方便地与 GUI、多线程、定时器、文件 IO 等其他 Qt 模块结合使用。
  • 高效的异步 IO：基于事件循环，无需阻塞线程即可处理多个并发连接，适合高性能服务器开发。
  • 良好的错误处理机制：提供详细的错误码和描述，便于调试和异常处理。

在实际开发中，除了掌握上述基础 API 外，还需注意资源管理 （及时释放 socket）、协议设计 （定义清晰的数据包格式以处理粘包/半包问题）、多线程处理（将耗时操作移至子线程以避免阻塞主循环）等高级主题。Qt 的网络模块为构建稳定、高效的 C++ 网络应用提供了坚实的基础，是开发跨平台客户端/服务器程序的优秀选择。

感谢各位大佬支持！！！

互三啦！！！

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