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C++ Qt开发:QTcpSocket网络通信组件
来源:cnblogs  作者:lyshark  时间:2024/3/18 15:04:18  对本文有异议

Qt 是一个跨平台C++图形界面开发库,利用Qt可以快速开发跨平台窗体应用程序,在Qt中我们可以通过拖拽的方式将不同组件放到指定的位置,实现图形化开发极大的方便了开发效率,本章将重点介绍如何运用QTcpSocket组件实现基于TCP的网络通信功能。

QTcpSocketQTcpServer是Qt中用于实现基于TCP(Transmission Control Protocol)通信的两个关键类。TCP是一种面向连接的协议,它提供可靠的、双向的、面向字节流的通信。这两个类允许Qt应用程序在网络上建立客户端和服务器之间的连接。

以下是QTcpSocket类的一些常用函数:

函数 描述
QTcpSocket() 构造函数,创建一个新的QTcpSocket对象。
~QTcpSocket() 析构函数,释放QTcpSocket对象及其资源。
void connectToHost(const QString &hostName, quint16 port) 尝试与指定主机名和端口建立连接。
void disconnectFromHost() 断开与主机的连接。
QAbstractSocket::SocketState state() const 返回套接字的当前状态。
QHostAddress peerAddress() const 返回与套接字连接的远程主机的地址。
quint16 peerPort() const 返回与套接字连接的远程主机的端口。
QAbstractSocket::SocketError error() const 返回套接字的当前错误代码。
qint64 write(const char *data, qint64 maxSize) 将数据写入套接字,返回实际写入的字节数。
qint64 read(char *data, qint64 maxSize) 从套接字读取数据,返回实际读取的字节数。
void readyRead() 当套接字有可供读取的新数据时发出信号。
void bytesWritten(qint64 bytes) 当套接字已经写入指定字节数的数据时发出信号。
void error(QAbstractSocket::SocketError socketError) 当套接字发生错误时发出信号。

以下是QTcpServer类的一些常用函数及其简要解释:

函数 描述
QTcpServer() 构造函数,创建一个新的QTcpServer对象。
~QTcpServer() 析构函数,释放QTcpServer对象及其资源。
bool listen(const QHostAddress &address = QHostAddress::Any, quint16 port = 0) 开始监听指定的地址和端口。
void close() 停止监听并关闭服务器。
bool isListening() const 返回服务器是否正在监听连接。
QList<QTcpSocket*> pendingConnections() 返回等待处理的挂起连接的列表。
virtual void incomingConnection(qintptr socketDescriptor) 当有新连接时调用,可以在子类中实现以处理新连接。
void maxPendingConnections() const 返回允许的最大挂起连接数。
void setMaxPendingConnections(int numConnections) 设置允许的最大挂起连接数。
QNetworkProxy proxy() const 返回服务器的代理设置。
void setProxy(const QNetworkProxy &networkProxy) 设置服务器的代理设置。
QAbstractSocket::SocketError serverError() const 返回服务器的当前错误代码。
QString errorString() const 返回服务器的错误消息字符串。
void pauseAccepting() 暂停接受新连接,但保持现有连接。
void resumeAccepting() 恢复接受新连接。
void close() 关闭服务器。

如上这些只是常用函数的简要描述,详细的函数说明和用法可以参考Qt官方文档或相关文档。

1.1 通信的流程

1.1.1 服务端流程

在使用TCP通信时同样需要导入Qt+=network模块,并在头文件中引入QTcpServerQTcpSocket两个模块,当有了模块的支持,接着就是侦听套接字,此处可通过调用server.listen来实现侦听,此函数原型如下;

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

这个函数用于开始在指定的地址和端口上监听连接。它的参数包括:

  • address:一个QHostAddress对象,指定要监听的主机地址。默认为QHostAddress::Any,表示监听所有可用的网络接口。
  • port:一个quint16类型的端口号,指定要监听的端口。如果设置为0,系统将选择一个可用的未使用端口。

函数返回一个bool值,表示是否成功开始监听。如果成功返回true,否则返回false,并且可以通过调用errorString()获取错误消息。

紧随套接字侦听其后,通过使用一个waitForNewConnection等待新的连接到达。它的原型如下:

bool QTcpServer::waitForNewConnection(
    int msec = 0, 
    bool *timedOut = nullptr
);

该函数在服务器接受新连接之前会一直阻塞。参数包括:

  • msec:等待连接的超时时间(以毫秒为单位)。如果设置为0(默认值),则表示无限期等待,直到有新连接到达。
  • timedOut:一个可选的布尔指针,用于指示等待是否超时。如果传递了此参数,并且等待时间达到了指定的超时时间,*timedOut将被设置为true,否则为false。如果不关心超时,可以将此参数设置为nullptr

函数返回一个布尔值,表示是否成功等待新连接。如果在超时时间内有新连接到达,返回true,否则返回false。如果等待超时,可以通过检查timedOut参数来确定。如果函数返回false,可以通过调用errorString()获取错误消息。

套接字的接收会使用nextPendingConnection()函数来实现,nextPendingConnectionQTcpServer 类的成员函数,用于获取下一个已接受的连接的套接字(QTcpSocket)。它的原型如下:

QTcpSocket *QTcpServer::nextPendingConnection();

函数返回一个指向新连接套接字的指针。如果没有已接受的连接,则返回 nullptr

使用这个函数,你可以在服务器接受连接之后获取相应的套接字,以便进行数据传输和通信。一般来说,在收到 newConnection 信号后,你可以调用这个函数来获取新连接的套接字。

当有了套接字以后,就可以通过QTcpServer指针判断对应的套接字状态,一般套接字的状态被定义在QAbstractSocket类内。以下是QAbstractSocket类中定义的一些状态及其对应的标志:

状态标志 描述
UnconnectedState 未连接状态,套接字没有连接到远程主机。
HostLookupState 正在查找主机地址状态,套接字正在解析主机名。
ConnectingState 连接中状态,套接字正在尝试与远程主机建立连接。
ConnectedState 已连接状态,套接字已经成功连接到远程主机。
BoundState 已绑定状态,套接字已经与地址和端口绑定。
ClosingState 关闭中状态,套接字正在关闭连接。
ListeningState 监听中状态,用于QTcpServer,表示服务器正在监听连接。

这些状态反映了套接字在不同阶段的连接和通信状态。在实际使用中,可以通过调用state()函数获取当前套接字的状态,并根据需要处理相应的状态。例如,可以使用信号和槽机制来捕获状态变化,以便在连接建立或断开时执行相应的操作。

当套接字被连接后则可以通过socket->write()方法向上线客户端发送一个字符串,此处我们以发送lyshark为例,发送时需要向write()中传入两个参数。其原型如下:

qint64 QTcpSocket::write(const char *data, qint64 maxSize);

该函数接受两个参数:

  • data:指向要写入套接字的数据的指针。
  • maxSize:要写入的数据的最大字节数。

函数返回实际写入的字节数,如果发生错误,则返回 -1。在写入数据之后,可以使用 bytesWritten 信号来获取写入的字节数。此外,你也可以使用 waitForBytesWritten 函数来阻塞等待直到所有数据都被写入。

至此服务端代码可总结为如下案例;

#include <QCoreApplication>
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <iostream>

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

    QTcpServer server;

    server.listen(QHostAddress::Any,9000);
    server.waitForNewConnection(100000);

    QTcpSocket *socket;

    socket = server.nextPendingConnection();
    if(socket->state() && QAbstractSocket::ConnectedState)
    {
        QByteArray bytes = QString("lyshark").toUtf8();
        socket->write(bytes.data(),bytes.length());
    }

    socket->close();
    server.close();
    return a.exec();
}

1.1.2 客户端流程

客户端的流程与服务端基本保持一致,唯一的区别在于将server.listen更换为socket.connectToHost连接到对应的主机,QTcpSocketconnectToHost 函数的原型如下:

void QTcpSocket::connectToHost(
const QString &hostName, 
quint16 port, 
OpenMode openMode = ReadWrite
);
  • hostName:远程主机的主机名或IP地址。
  • port:要连接的端口号。
  • openMode:套接字的打开模式,默认为 ReadWrite

函数用于初始化与指定远程主机和端口的连接。在实际使用中,你可以通过调用这个函数来发起与目标主机的连接尝试。

读取数据时可以使用readAll函数来实现,socket.readAll()QTcpSocket 类的成员函数,用于读取所有可用的数据并返回一个 QByteArray 对象。其函数函数原型如下:

QByteArray QTcpSocket::readAll();

该函数返回一个包含从套接字中读取的所有数据的 QByteArray 对象。通常,你可以通过这个函数来获取已经到达的所有数据,然后对这些数据进行进一步的处理。其客户端功能如下所示;

#include <QCoreApplication>
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <iostream>

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

    QTcpSocket socket;
    socket.connectToHost(QHostAddress::LocalHost,9000);

    if(socket.state() && QAbstractSocket::ConnectedState)
    {
        socket.waitForReadyRead(10000);

        QByteArray ref = socket.readAll();

        QString ref_string;

        ref_string.prepend(ref);

        std::cout << ref_string.toStdString() << std::endl;
    }

    socket.close();
    return a.exec();
}

1.2 图形化应用

1.2.1 服务端流程

与命令行版本的网络通信不同,图形化部分需要使用信号与槽函数进行绑定,所有的通信流程都是基于信号的,对于服务端而言我们需要导入QTcpServerQtNetworkQTcpSocket模块,并新增四个槽函数分别对应四个信号;

信号 槽函数 描述
connected() onClientConnected() tcpSocket 成功连接到远程主机时触发,执行 onClientConnected() 函数。
disconnected() onClientDisconnected() tcpSocket 断开连接时触发,执行 onClientDisconnected() 函数。
stateChanged(QAbstractSocket::SocketState) onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState) tcpSocket 的状态发生变化时触发,执行 onSocketStateChange() 函数,传递新的状态。
readyRead() onSocketReadyRead() tcpSocket 有可读取的新数据时触发,执行 onSocketReadyRead() 函数。

在程序入口处我们通过new QTcpServer(this)新建TCP套接字类,并通过connect()连接到初始化槽函数上,当程序运行后会首先触发newConnection信号,执行onNewConnection槽函数。

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

    // 新建TCP套接字类
    tcpServer=new QTcpServer(this);

    // 连接信号初始化其他信号
    connect(tcpServer,SIGNAL(newConnection()),this,SLOT(onNewConnection()));
}

而在槽函数onNewConnection中,通过nextPendingConnection新建一个套接字,并绑定其他四个槽函数,这里的槽函数功能各不相同,将其对应的信号绑定到对应槽函数上即可;

// 初始化信号槽函数
void MainWindow::onNewConnection()
{
    // 创建新套接字
    tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();

    // 连接触发信号
    connect(tcpSocket, SIGNAL(connected()),this, SLOT(onClientConnected()));
    onClientConnected();

    // 关闭触发信号
    connect(tcpSocket, SIGNAL(disconnected()),this, SLOT(onClientDisconnected()));

    // 状态改变触发信号
    connect(tcpSocket,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
    onSocketStateChange(tcpSocket->state());

    // 读入数据触发信号
    connect(tcpSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(onSocketReadyRead()));
}

当读者点击侦听时则直接调用tcpServer->listen实现对本地IP的8888端口的侦听功能,停止侦听则是调用tcpServer->close函数实现,如下所示;

// 开始侦听
void MainWindow::on_pushButton_2_clicked()
{
    // 此处指定绑定本机的8888端口
    tcpServer->listen(QHostAddress::LocalHost,8888);
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[+] 开始监听");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText(" 服务器地址:" + tcpServer->serverAddress().toString() +
                                       " 服务器端口:"+QString::number(tcpServer->serverPort())
                                       );
}

// 停止侦听
void MainWindow::on_pushButton_3_clicked()
{
    if (tcpServer->isListening())
    {
        tcpServer->close();
    }
}

对于读取数据可以通过canReadLine()函数判断行,并通过tcpClient->readLine()逐行读入数据,相对应的发送数据可通过调用tcpSocket->write函数实现,在发送之前需要将其转换为QByteArray类型的字符串格式,如下所示;

// 读取数据
void MainWindow::onSocketReadyRead()
{
    while(tcpSocket->canReadLine())
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[接收] | " + tcpSocket->readLine());
}

// 发送数据
void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{
    QString  msg=ui->lineEdit->text();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[发送] | " + msg);

    QByteArray str=msg.toUtf8();
    str.append('\n');
    tcpSocket->write(str);
}

运行服务端程序,并点击侦听按钮此时将会在本地的8888端口上启用侦听,如下图所示;

1.2.2 客户端流程

对于客户端而言同样需要绑定四个信号并对应到特定的槽函数上,其初始化部分与服务端保持一致,唯一不同的是客户端使用connectToHost函数链接到服务端上,断开连接时使用的是disconnectFromHost函数,如下所示;

// 连接服务器时触发
void MainWindow::on_pushButton_2_clicked()
{
    // 连接到8888端口
    tcpClient->connectToHost(QHostAddress::LocalHost,8888);
}

// 断开时触发
void MainWindow::on_pushButton_3_clicked()
{
    if (tcpClient->state()==QAbstractSocket::ConnectedState)
        tcpClient->disconnectFromHost();
}

此处的读取数据与服务端保持一致,发送数据时则是通过tcpClient->write(str)函数直接传递给客户端,代码如下所示;

// 读取数据时触发
void MainWindow::onSocketReadyRead()
{
    while(tcpClient->canReadLine())
    {
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[接收] | " + tcpClient->readLine());
    }
}

// 发送消息时触发
void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{
    QString msg=ui->lineEdit->text();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[发送] | " + msg);
    QByteArray str=msg.toUtf8();
    str.append('\n');
    tcpClient->write(str);
}

运行后,服务端启用侦听等待客户端连接,客户端连接后,双方则可以实现数据的收发功能,由于采用了信号机制,两者的收发并不会阻断可同时进行,如下图所示;

原文链接:https://www.cnblogs.com/LyShark/p/18071420

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