【嵌入式Qt开发入门】Qt如何网络编程——建立TCP通信服务端（附项目代码）

news2024/11/23 7:32:19

TCP 简介

        TCP 协议（Transmission Control Protocol）全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、 基于字节流的传输层通信协议。

        TCP 通信必须先建立 TCP 连接，通信端分为客户端和服务端。服务端通过监听某个端口来监听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；客户端通过 ip 和 port 连接服务端，当成功建立连接之后，就可进行数据的收发了。需要注意的是，在 Qt 中， Qt把 socket 当成输入输出流来对待的，数据的收发是通过 read()和 write()来进行的，需要与我们常见的 send()与 recv()进行区分。

        TCP 客户端与服务端通信示意图如下。

        更多关于网络的知识可以阅读网络专栏。

TCP 服务端应用实例

        本例目的：了解 TCP 服务端的使用。

        项目名称：tcpserver

       流程：首先获取本地 IP 地址。创建一个 tcpSocket 套接字，一个 tcpServer 服务端。点击监听即监听本地的主机 IP 地址和端口，同时等待服务端的连接。此程序需要结合客户端一起使用。

        项目文件tcpserver.pro 文件第一行添加的代码部分如下。

QT +=     core gui network

        在头文件“mainwindow.h”具体代码如下。

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QVBoxLayout>
#include <QHBoxLayout>
#include <QPushButton>
#include <QTextBrowser>
#include <QLabel>
#include <QComboBox>
#include <QSpinBox>
#include <QHostInfo>
#include <QLineEdit>
#include <QNetworkInterface>
#include <QDebug>

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

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

private:
    /* tcp服务器 */
    QTcpServer *tcpServer;

    /* 通信套接字 */
    QTcpSocket *tcpSocket;

    /* 按钮 */
    QPushButton *pushButton[4];

    /* 标签文本 */
    QLabel *label[2];

    /* 水平容器 */
    QWidget *hWidget[3];

    /* 水平布局 */
    QHBoxLayout *hBoxLayout[3];

    /* 垂直容器 */
    QWidget *vWidget;

    /* 垂直布局 */
    QVBoxLayout *vBoxLayout;

    /* 文本浏览框 */
    QTextBrowser *textBrowser;

    /* 用于显示本地ip */
    QComboBox *comboBox;

    /* 用于选择端口 */
    QSpinBox  *spinBox;

    /* 文本输入框 */
    QLineEdit *lineEdit;

    /* 存储本地的ip列表地址 */
    QList<QHostAddress> IPlist;

    /* 获取本地的所有ip */
    void getLocalHostIP();

private slots:
    /* 客户端连接处理槽函数 */
    void clientConnected();

    /* 开始监听槽函数 */
    void startListen();

    /* 停止监听槽函数 */
    void stopListen();

    /* 清除文本框时的内容 */
    void clearTextBrowser();

    /* 接收到消息 */
    void receiveMessages();

    /* 发送消息 */
    void sendMessages();

    /* 连接状态改变槽函数 */
    void socketStateChange(QAbstractSocket::SocketState);
};
#endif // MAINWINDOW_H

        头文件里主要是声明界面用的元素，及一些槽函数。重点是声明 tcpServer 和 tcpSocket。

        在源文件“mainwindow.cpp”具体代码如下。

#include "mainwindow.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    /* 设置主窗体的位置与大小 */
    this->setGeometry(0, 0, 800, 480);

    /* 实例化tcp服务器与tcp套接字 */
    tcpServer = new QTcpServer(this);
    tcpSocket = new QTcpSocket(this);

    /* 开始监听按钮 */
    pushButton[0] = new QPushButton();
    /* 停止监听按钮 */
    pushButton[1] = new QPushButton();
    /* 清空聊天文本按钮 */
    pushButton[2] = new QPushButton();
    /* 发送消息按钮 */
    pushButton[3] = new QPushButton();

    /* 水平布局一 */
    hBoxLayout[0] = new QHBoxLayout();
    /* 水平布局二 */
    hBoxLayout[1] = new QHBoxLayout();
    /* 水平布局三 */
    hBoxLayout[2] = new QHBoxLayout();
    /* 水平布局四 */
    hBoxLayout[3] = new QHBoxLayout();

    /* 水平容器一 */
    hWidget[0] =  new QWidget();
    /* 水平容器二 */
    hWidget[1] =  new QWidget();
    /* 水平容器三 */
    hWidget[2] =  new QWidget();

    vWidget = new QWidget();
    vBoxLayout = new QVBoxLayout();

    /* 标签实例化 */
    label[0] = new QLabel();
    label[1] = new QLabel();

    lineEdit = new QLineEdit();
    comboBox = new QComboBox();
    spinBox = new QSpinBox();
    textBrowser = new QTextBrowser();

    label[0]->setText("监听IP地址：");
    label[1]->setText("监听端口：");

    /* 设置标签根据文本文字大小自适应大小  */
    label[0]->setSizePolicy(QSizePolicy::Fixed,
                            QSizePolicy::Fixed);
    label[1]->setSizePolicy(QSizePolicy::Fixed,
                            QSizePolicy::Fixed);

    /* 设置端口号的范围，注意不要与主机的已使用的端口号冲突 */
    spinBox->setRange(10000, 99999);

    pushButton[0]->setText("开始监听");
    pushButton[1]->setText("停止监听");
    pushButton[2]->setText("清空文本");
    pushButton[3]->setText("发送消息");

    /* 设置停止监听状态不可用 */
    pushButton[1]->setEnabled(false);

    /* 设置输入框默认的文本 */
    lineEdit->setText("www.openedv.com正点原子论坛");

    /* 水平布局一添加内容 */
    hBoxLayout[0]->addWidget(pushButton[0]);
    hBoxLayout[0]->addWidget(pushButton[1]);
    hBoxLayout[0]->addWidget(pushButton[2]);

    /* 设置水平容器一的布局为水平布局一 */
    hWidget[0]->setLayout(hBoxLayout[0]);

    /* 水平布局二添加内容 */
    hBoxLayout[1]->addWidget(label[0]);
    hBoxLayout[1]->addWidget(comboBox);
    hBoxLayout[1]->addWidget(label[1]);
    hBoxLayout[1]->addWidget(spinBox);

    /* 设置水平容器二的布局为水平布局二 */
    hWidget[1]->setLayout(hBoxLayout[1]);

    /* 水平布局三添加内容 */
    hBoxLayout[2]->addWidget(lineEdit);
    hBoxLayout[2]->addWidget(pushButton[3]);

    /* 设置水平容器三的布局为水平布局一 */
    hWidget[2]->setLayout(hBoxLayout[2]);

    /* 垂直布局添加内容 */
    vBoxLayout->addWidget(textBrowser);
    vBoxLayout->addWidget(hWidget[1]);
    vBoxLayout->addWidget(hWidget[0]);
    vBoxLayout->addWidget(hWidget[2]);

    /* 设置垂直容器的布局为垂直布局 */
    vWidget->setLayout(vBoxLayout);

    /* 居中显示 */
    setCentralWidget(vWidget);

    /* 获取本地ip */
    getLocalHostIP();

    /* 信号槽连接 */
    connect(pushButton[0], SIGNAL(clicked()),
            this, SLOT(startListen()));
    connect(pushButton[1], SIGNAL(clicked()),
            this, SLOT(stopListen()));
    connect(pushButton[2], SIGNAL(clicked()),
            this, SLOT(clearTextBrowser()));
    connect(pushButton[3], SIGNAL(clicked()),
            this, SLOT(sendMessages()));
    connect(tcpServer, SIGNAL(newConnection()),
            this, SLOT(clientConnected()));
}

MainWindow::~MainWindow()
{
}

/* 新的客户端连接 */
void MainWindow::clientConnected()
{
    /* 获取客户端的套接字 */
    tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
    /* 客户端的ip信息 */
    QString ip = tcpSocket->peerAddress().toString();
    /* 客户端的端口信息 */
    quint16 port = tcpSocket->peerPort();
    /* 在文本浏览框里显示出客户端的连接信息 */
    textBrowser->append("客户端已连接");
    textBrowser->append("客户端ip地址:"
                        + ip);
    textBrowser->append("客户端端口:"
                        + QString::number(port));

    connect(tcpSocket, SIGNAL(readyRead()),
            this, SLOT(receiveMessages()));
    connect(tcpSocket,
            SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),
            this,
            SLOT(socketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
}

/* 获取本地IP */
void MainWindow::getLocalHostIP()
{
    // /* 获取主机的名称 */
    // QString hostName = QHostInfo::localHostName();

    // /* 主机的信息 */
    // QHostInfo hostInfo = QHostInfo::fromName(hostName);

    // /* ip列表,addresses返回ip地址列表，注意主机应能从路由器获取到
    // * IP，否则可能返回空的列表（ubuntu用此方法只能获取到环回IP） */
    // IPlist = hostInfo.addresses();
    // qDebug()<<IPlist<<endl;

    // /* 遍历IPlist */
    // foreach (QHostAddress ip, IPlist) {
    //      if (ip.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
    //          comboBox->addItem(ip.toString());
    //    }

    /* 获取所有的网络接口，
     * QNetworkInterface类提供主机的IP地址和网络接口的列表 */
    QList<QNetworkInterface> list
            = QNetworkInterface::allInterfaces();

    /* 遍历list */
    foreach (QNetworkInterface interface, list) {

        /* QNetworkAddressEntry类存储IP地址子网掩码和广播地址 */
        QList<QNetworkAddressEntry> entryList
                = interface.addressEntries();

        /* 遍历entryList */
        foreach (QNetworkAddressEntry entry, entryList) {
            /* 过滤IPv6地址，只留下IPv4 */
            if (entry.ip().protocol() ==
                    QAbstractSocket::IPv4Protocol) {
                comboBox->addItem(entry.ip().toString());
                /* 添加到IP列表中 */
                IPlist<<entry.ip();
            }
        }
    }
}

/* 开始监听 */
void MainWindow::startListen()
{
    /* 需要判断当前主机是否有IP项 */
    if (comboBox->currentIndex() != -1) {
        qDebug()<<"start listen"<<endl;
        tcpServer->listen(IPlist[comboBox->currentIndex()],
                spinBox->value());

        /* 设置按钮与下拉列表框的状态 */
        pushButton[0]->setEnabled(false);
        pushButton[1]->setEnabled(true);
        comboBox->setEnabled(false);
        spinBox->setEnabled(false);

        /* 在文本浏览框里显示出服务端 */
        textBrowser->append("服务器IP地址："
                            + comboBox->currentText());
        textBrowser->append("正在监听端口："
                            + spinBox->text());
    }
}

/* 停止监听 */
void MainWindow::stopListen()
{
    qDebug()<<"stop listen"<<endl;
    /* 停止监听 */
    tcpServer->close();

    /* 如果是连接上了也应该断开，如果不断开客户端还能继续发送信息，
     * 因为socket未断开，还在监听上一次端口 */
    if (tcpSocket->state() == tcpSocket->ConnectedState)
        tcpSocket->disconnectFromHost();

    /* 设置按钮与下拉列表框的状态  */
    pushButton[1]->setEnabled(false);
    pushButton[0]->setEnabled(true);
    comboBox->setEnabled(true);
    spinBox->setEnabled(true);

    /* 将停止监听的信息添加到文本浏览框中 */
    textBrowser->append("已停止监听端口："
                        + spinBox->text());
}

/* 清除文本浏览框里的内容 */
void MainWindow::clearTextBrowser()
{
    /* 清除文本浏览器的内容 */
    textBrowser->clear();
}

/* 服务端接收消息 */
void MainWindow::receiveMessages()
{
    /* 读取接收到的消息 */
    QString messages = "客户端：" + tcpSocket->readAll();
    textBrowser->append(messages);
}

/* 服务端发送消息 */
void MainWindow::sendMessages()
{
    if(NULL == tcpSocket)
        return;

    /* 如果已经连接 */
    if(tcpSocket->state() == tcpSocket->ConnectedState) {
        /* 发送消息 */
        tcpSocket->write(lineEdit->text().toUtf8().data());

        /* 在服务端插入发送的消息 */
        textBrowser->append("服务端：" + lineEdit->text());
    }
}

/* 服务端状态改变 */
void MainWindow::socketStateChange(QAbstractSocket::SocketState state)
{
    switch (state) {
    case QAbstractSocket::UnconnectedState:
        textBrowser->append("scoket状态：UnconnectedState");
        break;
    case QAbstractSocket::ConnectedState:
        textBrowser->append("scoket状态：ConnectedState");
        break;
    case QAbstractSocket::ConnectingState:
        textBrowser->append("scoket状态：ConnectingState");
        break;
    case QAbstractSocket::HostLookupState:
        textBrowser->append("scoket状态：HostLookupState");
        break;
    case QAbstractSocket::ClosingState:
        textBrowser->append("scoket状态：ClosingState");
        break;
    case QAbstractSocket::ListeningState:
        textBrowser->append("scoket状态：ListeningState");
        break;
    case QAbstractSocket::BoundState:
        textBrowser->append("scoket状态：BoundState");
        break;
    default:
        break;
    }
}

        上面的代码主要是服务端开启监听，如果有客户端连到服务端，就会发射 newConnection() 信号，同时也连接到接收消息的信号与槽函数。点击发送消息按钮就可以使用 tcpSocket 发送消 息。注意发送消息和接收消息都是通过 tcpSocket 的 read()和 write()进行。

        限于篇幅，tcp客户端的编写放在下篇

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