C++ Qt开辟：QUdpSocket实现组播通信

Qt 是一个跨平台C++图形界面开辟库，利用Qt可以快速开辟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，实现图形化开辟极大的方便了开辟服从，本章将重点介绍如何运用QUdpSocket组件实现基于UDP的组播通信。
组播是一种一对多的通信方式，允许一个发送者将数据报文发送到多个接收者，这些接收者通过共享相同的组播IP地址进行通信。在设置组播地址时需要注意，该范围被限制在239.0.0.0～239.255.255.255以内，这是预留给组播的地址范围。
setSocketOption 设置套接字
在Qt中利用组播，首先需要调用setSocketOption函数，该函数是 QUdpSocket 类的成员函数，用于设置套接字的选项。
该函数原型如下：

1. bool QUdpSocket::setSocketOption(
2.     QAbstractSocket::SocketOption option,
3.     const QVariant & value
4. )

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• option：要设置的套接字选项，这里应该是 QAbstractSocket::MulticastTtlOption，表现设置多播 TTL 选项。
  
• value：选项的值，这里应该是 TTL 的值。在 IPv4 中，TTL 是一个 8 位的字段，表现数据报在网络中允许经过的最大路由器数目。通常情况下，TTL 值越大，数据报能够传播的范围就越广。
  

函数返回一个 bool 范例的值，表现是否成功设置了选项。如果设置成功，返回 true，否则返回 false。

1. MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
2.     : QMainWindow(parent)
3.     , ui(new Ui::MainWindow)
4. {
5.     ui->setupUi(this);
7.     udpSocket=new QUdpSocket(this);
9.     // 设置为多播
10.     udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption,1);
11. }

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bind 绑定套接字地址
接着就是对特定端口的绑定，绑定端口可以通过调用bind函数，该函数用于将 QUdpSocket 绑定到指定的本地地址和端口，并设置特定的绑定选项。
在我们的课件中，利用 bind() 将 QUdpSocket 绑定到 IPv4 的恣意地址，并指定了一个组播（Multicast）端口，同时设置了共享地址（ShareAddress）选项。
该函数原型如下：

1. void QUdpSocket::bind(
2.     const QHostAddress & address,
3.     quint16 port,
4.     BindMode mode = DefaultForPlatform
5. )

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• address：要绑定的本地地址，这里利用 QHostAddress::AnyIPv4 表现绑定到 IPv4 的恣意地址。
  
• port：要绑定的本地端口号，这里应该是组播端口号。
  
• mode：绑定模式，指定套接字的行为。这里利用 QUdpSocket::ShareAddress 表现共享地址选项，它允很多个套接字同时绑定到相同的地址和端口。
  

函数将 QUdpSocket 绑定到指定的地址和端口，并且允很多个套接字同时共享相同的地址和端口。
joinMulticastGroup 加入组播
joinMulticastGroup() 函数是 QUdpSocket 类的成员函数，用于将 QUdpSocket 加入指定的多播组。
该函数原型如下：

1. bool QUdpSocket::joinMulticastGroup(
2.     const QHostAddress & groupAddress,
3.     const QNetworkInterface & iface = QNetworkInterface()
4. )

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• groupAddress：要加入的多播组的组播地址。
  
• iface：要加入多播组的网络接口。默认情况下，会选择默认的网络接口。
  

函数返回一个 bool 范例的值，表现是否成功加入了多播组。如果成功加入多播组，返回 true；否则返回 false。通过调用 joinMulticastGroup() 函数，QUdpSocket 将成为指定多播组的成员，并能够接收该多播组发送的数据报。

1. // 开始组播
2. void MainWindow::on_pushButton_start_clicked()
3. {
4.     // 获取IP
5.     QString IP= ui->lineEdit_address->text();
6.     groupAddress=QHostAddress(IP);
8.     // 获取端口
9.     quint16 groupPort = ui->lineEdit_port->text().toUInt();
11.     // 绑定端口
12.     if (udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4, groupPort, QUdpSocket::ShareAddress))
13.     {
14.         // 加入组播
15.         udpSocket->joinMulticastGroup(groupAddress);
16.         ui->plainTextEdit->appendPlainText("[*] 加入组播 " + IP + ":" + QString::number(groupPort));
17.     }
18. }

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leaveMulticastGroup 退出组播
leaveMulticastGroup() 函数用于将 QUdpSocket 从指定的多播组中移除。通过调用该函数，QUdpSocket 将不再是指定多播组的成员，不再接收该多播组发送的数据报。
该函数原型如下：

1. bool QUdpSocket::leaveMulticastGroup(
2.     const QHostAddress & groupAddress,
3.     const QNetworkInterface & iface = QNetworkInterface()
4. )

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• groupAddress：要离开的多播组的组播地址。
  
• iface：要离开多播组的网络接口。默认情况下，会选择默认的网络接口。
  

函数返回一个 bool 范例的值，表现是否成功离开了多播组。如果成功离开多播组，返回 true；否则返回 false。

1. // 关闭组播
2. void MainWindow::on_pushButton_stop_clicked()
3. {
4.     // 退出组播
5.     udpSocket->leaveMulticastGroup(groupAddress);
6.     udpSocket->abort();
7.     ui->plainTextEdit->appendPlainText("[-] 退出组播");
8. }

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writeDatagram 发送数据报
writeDatagram() 函数是 QUdpSocket 类的成员函数，用于发送数据报到指定的多播组。通过调用该函数，可以将数据报发送到指定的多播组和端口，让其他成员接收到该数据报。
其函数原型如下：

1. qint64 QUdpSocket::writeDatagram(
2.     const QByteArray & datagram,
3.     const QHostAddress & groupAddress,
4.     quint16 port
5. )

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• datagram：要发送的数据报的内容，通常是一个 QByteArray 对象。
  
• groupAddress：要发送到的多播组的组播地址。
  
• port：要发送到的多播组的端口号。
  

函数返回一个 qint64 范例的值，表现实际发送的字节数。如果发送成功，返回发送的字节数；否则返回 -1。

1. // 发送组播消息
2. void MainWindow::on_pushButton_send_clicked()
3. {
4.     quint16 groupPort = ui->lineEdit_port->text().toUInt();
5.     QString msg=ui->lineEdit_msg->text();
6.     QByteArray datagram=msg.toUtf8();
8.     udpSocket->writeDatagram(datagram,groupAddress,groupPort);
9. }

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readDatagram 接收数据报
readDatagram() 函数是 QUdpSocket 类的成员函数，用于从套接字中读取数据报，并将其存储到指定的缓冲区中。通常情况下，可以利用这个函数来接收来自其他主机的数据报。通过利用该函数可从套接字中读取数据报，并获取数据报的源地址和端口号。
其函数原型如下：

1. qint64 QUdpSocket::readDatagram(
2.     char * data, qint64 maxSize,
3.     QHostAddress * address = nullptr,
4.     quint16 * port = nullptr
5. )

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• data：指向用于存储接收数据的缓冲区的指针。
  
• maxSize：缓冲区的最大大小，即最多可以接收的字节数。
  
• address：指向用于存储发送数据报的源地址的 QHostAddress 对象的指针。
  
• port：指向用于存储发送数据报的源端口号的 quint16 范例的指针。
  

该函数返回一个 qint64 范例的值，表现实际接收的字节数。如果接收成功，返回接收的字节数；否则返回 -1。

1. // 读取数据报
2. void MainWindow::onSocketReadyRead()
3. {
4.     while(udpSocket->hasPendingDatagrams())
5.     {
6.         QByteArray datagram;
7.         datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
8.         QHostAddress peerAddr;
9.         quint16 peerPort;
10.         udpSocket->readDatagram(datagram.data(),datagram.size(),&peerAddr,&peerPort);
12.         QString str=datagram.data();
14.         QString peer="[从 "+peerAddr.toString()+":"+QString::number(peerPort)+" 发送] ";
16.         ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
17.     }
18. }

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读者可自行运行课件程序，并在多台电脑中配置相同网段，当点击发送消息时全部同网段的程序都将收到广播，如下图所示；

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