在Qt平台上的网络应用编程原理

前言

        在网络通信方面的应用编程需要使用套接字(Socket)，如在构建网站的服务器、游戏的服务器时。Qt提供了跨平台的类库QTcpServer、QTcpSocket及QUdpSocket供程序员使用，具体用途如下。

• QTcpServer用于传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/internetProtocol,TCP/IP)通信，作为服务器端套接字使用。
• QTcpSocket用于TCP/IP 通信，作为客户端套接字使用。
• QUdpSocket用于用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)通信，服务器端、客户端均使用此套接字。

        网络编程模块是 Qt的基本模块之一，在编程时需引入，具体方法是在.pro 文件中通过如下方式添加。

Qt+= network

 TCP/IP 原理

        Qt的 TCP Socket通信有服务器端、客户端之分。服务器端通过监听某个端口来确定是否有客户端连接到来，如果有连接到来，则建立新的 Socket连接；而客户端通过IP 连接服务器端当成功建立连接之后，就可进行数据传输了。TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。所谓面向连接就是在真正传输数据之前，需要与对方先建立连接，如果建立失败则不会传输数据。

        TCP 连接建立的过程被称为3次握手，过程如下：

1. 客户端发送 SYN seq=x 报文给服务器端，客户端进入 SYN_SENT 状态。
2. 服务端收到 SYN 报文后，发送 SYN seg=y，ACK=x+1 报文给客户端，服务器端进入 SYNRCVD 状态。
3. 客户端收到服务器端的 SYN 报文后发送一个 ACK=y+1报文给服务器端，进入 ESTABLISHED状态。

         3 次握手完成，TCP 客户端与服务器端建立连接，正式开始传输数据。而在断开连接时需要4次挥手，具体过程如下(以客户端向服务器端断开连接为例)。

1. 客户端调用 close() 向服务器端发送 FIN seg=x+2 ACK=y+1，表示数据发送完成。
2. 服务器端接收 FIN seq=x+2 ACK=y+1,执行被动关闭。
3. 一段时间后服务器端调用 close()向客户端发送 FIN seq=y+1。
4. 客户端确认 FIN seg=y+1，断开连接成功。

        TCP 具有高可靠性，可保证传输数据的正确以及顺序，使用场景广泛，如超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)就使用了 TCP。而Qt对TCP也提供了支持，以方便程序员设计网络相关的应用。

TCP Socket编程

        在Qt中是通过 Socket实现网络通信的，Socket可理解为程序在网络中的唯一标识。Qt实现的 TCP/IP 服务分为两部分，分别是服务器端和客户端。

服务器端

1.通过QTcpServer()函数创建用于监听的 Socket：

m_server =new QTcpServer(this);

2. 将 Socket 设置为监听模式。

m_server->listen(QHostAddress::Any,8000);
// 表示监听本机网络的 80 号端口，如 127.0.0.1:80，Any 表示 IP 地址

3. 如果有连接到来，监听的 Socket会发出信号 newConnection。

connect(m_server, &QTcpServer::newConnection, this, &MainWindow::newConnection);

 4.接收连接，通过 nextPendingConnection()函数,返回一个 QTcpSocket 类型的 Socket对象(用于通信)。

m_client=m_server->nextPendingConnection();

 5.使用用于通信的 Socket 对象通信。

//连接信号,接收客户端数据
//&QTcpSocket::readyRead 是接收数据后发出的信号
//&MainWindow::readyRead 是自定义槽函数
connect(m_client, &QTcpSocket::readyRead, this, &MainWindow::readyRead);

• 发送数据：write（）

m_client->write("服务器连接成功 !!!");//回复客户端

•  接收数据：readAll()/read()。

QByteArray array=m_client->readAll();// 接收数据

客户端 

1.创建用于通信的 Socket。

server=new QTcpSocket(this);// 创建客户端 Socket

2. 连接服务器:connectToHost。

server->connectToHost(QHostAddress("127.0.0.1"),8000);//连接服务器

3. 连接成功后与服务器通信。

• 发送数据:write()。

// 接收服务器端数据，slotReadyRead 是自定义槽函数
connect(server, &QTcpSocket::readyRead,this, &MainWindow::slotReadyRead);

• 接收数据:readAll()/read()。

//发送数据，slotSendMsg 是自定义槽函数
connect(ui->pushButtorn, &QPushButton::clicked,this, &MainWindow::slotSendMsg);

 示例：

//服务器端
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QByteArray>
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    m_server=new QTcpServer(this);
    m_server->listen(QHostAddress::Any,8000);
    connect(m_server,&QTcpServer::newConnection,this,&MainWindow::newConnection);
}

void MainWindow::newConnection(){
    if(m_client==NULL){
        m_client=m_server->nextPendingConnection();
        m_client->write("连接成功");
        connect(m_client,&QTcpSocket::readyRead,this,&MainWindow::readyRead);
    }
}

void MainWindow::readyRead(){
    QByteArray array = m_client->readAll();
    ui->showtext->setText(QString(array));
}

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

//客户端
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QHostAddress>
#include<QMessageBox>
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    server=new QTcpSocket(this);
    server->connectToHost(QHostAddress("127.0.0.1"),8000);
    connect(server,&QTcpSocket::readyRead,this,&MainWindow::slotReadyRead);
    connect(ui->on_btn_server,&QPushButton::clicked,this,&MainWindow::slotSendMsg);
}

void MainWindow::slotReadyRead(){
    QByteArray array=server->readAll();
    QMessageBox::information(this,"Server Message",array);
}

void MainWindow::slotSendMsg(){
    QString text=ui->textEdit->toPlainText();
    server->write(text.toUtf8());
    ui->textEdit->clear();
}

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