16. 网络通信

Qt提供许多用于高级和低级网络通信的类、用于web集成的类以及用于进程间通信的类。

Qt Network模块，为所使用的操作提供了一个抽象层，只显示高级类和函数，还可以处理较低级别的协议。 如用于TCP通讯的QTcpSocket和用于UDP通讯的QUdpSocket，这些类使开发人员能够使用TCP或UDP协议发送和接收消息。

关于HTTP，主要通过QNetworkRequest，QNetworkAccessManager和QNetworkReply类。 简而言之，QNetworkRequest类似于HTTP请求，该请求被传递给QNetworkAccessManager以在线发送请求， 此类返回一个QNetworkReply，它可以解析HTTP答复。

Qt Network还有用于网络承载管理的类，以及基于SSL协议进行安全通信的类，除了QSslSocket外还提供了很多具备辅助功能的类， 例如QSslCertificate，QSslConfiguration和QSslError。Qt中唯一受支持的SSL后端是OpenSSL，需要单独安装。

本章主要讲在Qt中HTTP、TCP、UDP相关类的使用和应用编程。

16.1. TCP

TCP（传输控制协议，transmission control protocol）是大多数Internet协议（包括HTTP和FTP）用于数据传输的底层网络协议。 它是一种可靠的，面向流，面向连接的传输协议，特别适合连续数据传输。

16.1.1. TCP通讯相关的类

QTcpServer 类主要用于创建socket连接，在服务端进行网络监听，提供一个基于TCP的服务器。

QTcpServer主要的接口函数

函数

描述

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

公共函数，开始监听设置的IP和端口

void close()

公共函数，关闭，停止监听

virtual QTcpSocket * nextPendingConnection()

公共函数，返回下一个等待的连接

QHostAddress serverAddress() const

公共函数，如果服务器处于监听状态，返回服务器地址

quint16 serverPort() const

公共函数，如果服务器处于监听状态，返回监听的端口

void newConnection()

信号，当有新的连接时，信号被发射

QTcpServer类允许接受传入的TCP连接，可以指定端口或让QTcpServer自动选择一个端口，监听特定地址或所有机器地址。 使用listen函数监听，当有客户端连接时发射newConnection()信号，我们可以关联相关槽函数，在槽函数中使用nextPendingConnection()函数接受客户端的连接，使用QTcpSocket与之通讯。

当客户端和服务端连接后，可以使用函数serverPort()和serverAddress()返回监听的端口和服务器地址，使用QTcpSocket对象进行通讯。

QTcpSocket 使用必须先建立与远程主机和端口的TCP连接，然后才能开始任何数据传输。 建立连接后，可通过QTcpSocket::peerAddress()和QTcpSocket::peerPort()获得连接方的IP地址和端口。

QTcpSocket是QAbstractSocket的子类，允许建立TCP连接和传输数据流，QTcpSocket间接继承于QIODevice，因此有流数据读写能力，可以将其与QTextStream和QDataStream一起使用。

QAbstractSocket相关接口函数

函数

描述

virtual void connectToHost()

公共函数，异步方式连接指定的IP和端口

virtual bool waitForConnected(int msecs = 30000)

公共函数，阻塞等待建立socket连接，默认30秒

virtual void disconnectFromHost()

公共函数，断开连接

void disconnected()

信号，disconnectFromHost断开连接后，信号被发射”

void connected()

信号，connectToHost连接成功，信号被发射

TCP客户端发起的TCP连接，使用QTcpSocket对象与服务端连接。QTcpSocket使用connectToHost尝试异步的方式连接到服务器， 连接成功会发射connected()信号。如果是需要阻塞的方式连接到服务端，使用waitForConnected()函数，直到发出connect()信号为止。

建立socket连接后，QTcpSocket对象可以向数据缓冲区写或者接收数据，且接收和发送是异步工作的，有各自的缓冲区。

16.2. UDP

UDP(用户数据报协议，User Datagram Protocol)是一种轻量级，不可靠，面向数据报的无连接协议，当可靠性不重要时可以使用它。 UDP是面向数据报传输，不需要建立持久的socket连接：

core01.png

UDP通讯不区分客户端和服务端，都是客户端。两个UDP客户端通讯时需要指定目的地址和端口。

16.2.1. UDP通讯相关的类

QUdpSocket 类提供socket，允许您发送和接收UDP数据包。它继承了QAbstractSocket，因此它共享QTcpSocket的大部分接口。 主要区别在于QUdpSocket将数据作为数据报而不是连续的数据流进行传输。

通常使用UDP接收信息，需要bind()绑定到地址和端口，用于传入的数据报。当有数据报传入时，会发射readyRead()信号，然后使用 readDatagram()/rereceiveDatagram()读取接收的数据报。 需要注意的是，当收到readyRead()信号时，应该读取传入的数据报，否则该信号下一个数据报接收到时，将不会发出信号。

使用UDP发送信息，不需要绑定地址和端口，调用writeDatagram()写数据包， 数据报通常小于512字节，除了要传输的数据外，还包含数据报的发送方和接收方的IP地址和端口。

使用QUdpSocket，还可以使用connectToHost()建立与UDP服务器的虚拟连接，然后使用标准QIODevices的read()和write()函数交换数据报，而无需为每个数据报指定接收器。

使用示例：

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// 初始化一个QUdpSocket，绑定地址和端口
void Server::initSocket()
{
    // 创建一个UDP套接字对象
    udpSocket = new QUdpSocket(this);

    // 绑定套接字到本地主机的IP地址和端口号
    udpSocket->bind(QHostAddress::LocalHost, 7755);

    // 将UDP套接字的readyRead信号连接到readPendingDatagrams槽函数
    connect(udpSocket, &QUdpSocket::readyRead, this, &Server::readPendingDatagrams);
}

void Server::readPendingDatagrams()
{
    // 循环读取待处理的广播数据报
    while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
        // 接收一个广播数据报
        QNetworkDatagram datagram = udpSocket->receiveDatagram();

        // 处理接收到的广播数据报
        processTheDatagram(datagram);
    }
}

前面将的都是一对一的UDP通讯，叫做单播(unicast), UDP通讯还有广播(boardcast)和多播/组播(multicast)，广播通常用于实现网络发现协议，例如查找网络上的哪个主机具有最大的可用硬盘空间。 要广播数据报，只需将其发送到特殊地址QHostAddress::Broadcast(255.255.255.255)，或发送到本地网络的广播地址。

QUdpSocket还支持多播/组播(multicast)。UDP客户端加入一个有组播IP地址的多播组，向组播地址发送数据报，组内成员将都收到数据报。 使用joinMulticastGroup()和leaveMulticastGroup()函数加入或者离开一个多播组。

16.3. 高层网络协议(HTTP,FTP等)

Qt 网络模块还提供了一些类,用于高层的网络协议(例如HTTP,FTP)，主要是QNetworkRequest、QNetworkAccessManage、QNetworkReply。

网络请求由 QNetworkRequest 类表示，该类也充当与请求相关联的信息（例如，任何标头信息和所使用的加密）的常规容器。 构造请求对象时指定的URL确定用于请求的协议，支持HTTP，FTP和本地文件URL进行上载和下载。

网络操作的协调由 QNetworkAccessManager 类执行。使用QNetworkRequest类创建请求后， 将使用QNetworkAccessManager类来分派请求并发出信号以报告其进度。QNetworkAccessManager还协调使用Cookie来存储客户端上的数据，身份验证请求以及代理的使用。

对网络请求的响应由 QNetworkReply 类表示。由QNetworkAccessManager在发送网络请求后创建网络响应(QNetworkReply)， QNetworkReply提供的信号可用于单独监视每个答复，或者开发人员可以选择为此目的使用管理器的信号，而放弃对答复的引用。 由于QNetworkReply是QIODevice的子类，因此可以同步或异步地处理答复,即作为阻塞或非阻塞操作。

16.4. 例程说明

例程是一个简单的TCP socket通讯。

16.4.1. 代码简单讲解

在Qt Creator创建一个工程，包含UI界面，界面布局参考下配套例程。

在主函数中，创建创建一个QActionGroup，用于选择当作TCP客户端还是TCP服务端， 然后为TCP客户端创建一个socket（tcpClient），为TCP服务端创建一个QTcpServer，监听接受客户端的请求。

lubancat_qt_tutorial_code/QtNetwork/TcpCommunication/mainwindow.cpp
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MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);   // 初始化UI

    QActionGroup *tcpGroupAction = new QActionGroup(this);   // 创建一个QActionGroup
    tcpGroupAction->setExclusive(true);                      // 设置QActionGroup中Qaction互斥选中

    tcpGroupAction->addAction(ui->actionClient);   // 将客户端Qaction添加到动作组中
    tcpGroupAction->addAction(ui->actionServer);   // 将服务器Qaction添加到动作组中
    // 连接QActionGroup的triggered信号到updateTcpGroup槽函数
    connect(tcpGroupAction, &QActionGroup::triggered, this, &MainWindow::updateTcpGroup);

    ui->btn_connect->setEnabled(true);       // 启用连接按钮
    ui->btn_disconnect->setEnabled(false);   // 禁用断开连接按钮
    this->setWindowTitle("TCP客户端");        // 设置主窗口标题为"TCP客户端"

    QString localIP=getLocalIP();        // 获取本机IP地址
    ui->comboServer->addItem(localIP);   // 将本机IP地址添加到服务器下拉框中
    ui->comboClient->addItem(localIP);   // 将本机IP地址添加到客户端下拉框中

    // 创建TCP socket
    tcpClient=new QTcpSocket(this);   // 创建一个QTcpSocket对象，用于TCP客户端的连接和数据传输

    // 关联tcp客户端socket相关槽函数
    connect(tcpClient,SIGNAL(connected()),   this,SLOT(do_connected()));
    connect(tcpClient,SIGNAL(disconnected()),this,SLOT(do_disconnected()));
    connect(tcpClient,SIGNAL(readyRead()),   this,SLOT(do_tcpClient_ReadyRead()));
    connect(tcpClient,&QTcpSocket::stateChanged,this,&MainWindow::do_socketStateChange);

    // 创建TCP server
    tcpServer=new QTcpServer(this);   // 创建一个QTcpServer对象，用于监听和接受TCP客户端的连接请求
    // 当有新的连接请求时，执行do_newConnection()槽函数
    connect(tcpServer,SIGNAL(newConnection()),this,SLOT(do_newConnection()));
}

用做TCP服务端时，设置服务端的IP的端口，点击监听按钮，就会 当接受到一个连接，执行do_newConnection()槽函数，在该函数中创建一个Socket用于通信。 当该Socket接受到数据时，执行do_tcpSocket_ReadyRead函数，读取缓冲区数据，并显示在plainTextEdit。

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// QTcpServer  newConnection的槽函数
void MainWindow::do_newConnection()
{
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("一个客户端连接");
    tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();   // 创建TCP服务端通信socket

    // 关联tcpSocket相关槽函数
    connect(tcpSocket, SIGNAL(connected()),this, SLOT(do_clientConnected()));
    connect(tcpSocket, SIGNAL(disconnected()),this, SLOT(do_clientDisconnected()));
    connect(tcpSocket,SIGNAL(readyRead()),  this,SLOT(do_tcpSocket_ReadyRead()));
    connect(tcpSocket,&QTcpSocket::stateChanged,this,&MainWindow::do_socketStateChange);
}

// 读取缓冲区
void MainWindow::do_tcpSocket_ReadyRead()
{
    // tcp 服务端socket读取
    while(tcpSocket->canReadLine())
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("接收："+tcpSocket->readLine());
}

用做TCP客户端时，设置服务端的监听地址和端口，点击连接按钮，就会执行on_btn_connect_clicked槽函数， 使用connectToHost(ipaddr,port)函数连接服务端，连接成功会显示socket的状态：

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// TCP客户端连接服务器
void MainWindow::on_btn_connect_clicked()
{
    QString ipaddr=ui->comboServer->currentText();
    quint16 port=ui->spinPort->value();
    tcpClient->connectToHost(ipaddr,port);      // 连接到服务端
}

// socket状态变化
void MainWindow::do_socketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState)
{
    switch(socketState)
    {
    case QAbstractSocket::UnconnectedState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：UnconnectedState");
        break;
    case QAbstractSocket::HostLookupState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：HostLookupState");
        break;
    case QAbstractSocket::ConnectingState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：ConnectingState");
        break;
    case QAbstractSocket::ConnectedState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：ConnectedState");
        break;
    case QAbstractSocket::BoundState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：BoundState");
        break;
    case QAbstractSocket::ClosingState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：ClosingState");
        break;
    case QAbstractSocket::ListeningState:
        ui->statusbar->showMessage("tcpsocket状态：ListeningState");
    }
}

16.4.2. 编译构建

以鲁班猫Debian10带桌面的系统为例，打开工程，配置两个编译套件：

  • Ubuntu 选择 Desktop Qt 5.15.2 GCC 64bit 套件，编译运行：

  • LubanCat 选择 Lubancat_rk_debian10，只编译。

build001

16.4.3. 运行结果

运行测试需要一个客户端一个服务端，这里我们将在虚拟机中运行客户端，鲁班猫板卡运行服务端（也可以单独一台设备使用127.0.0.1测试）。

在虚拟机中点击交叉编译，部署到鲁班猫板卡，然后使用命令运行程序。然后设置监听地址和端口，点击“开始监听”按钮：

result001

虚拟机中，直接点击编译并运行程序,然后点击设置服务器地址(鲁班猫设备IP)和端口，然后点击“连接”按钮：

result001

然后发送消息，测试TCP socket通讯。