C++ Qt开发：QTcpSocket网络通信组件

Qt 是一个跨平台C++图形界面开发库，使用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。
QTcpSocket和QTcpServer是Qt中用于实现基于TCP（Transmission Control Protocol）通信的两个关键类。TCP是一种面向毗连的协议，它提供可靠的、双向的、面向字节省的通信。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毗连。
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毗连。void disconnectFromHost()断开与主机的毗连。QAbstractSocket::SocketState state() const返回套接字的当前状态。QHostAddress peerAddress() const返回与套接字毗连的长途主机的地址。quint16 peerPort() const返回与套接字毗连的长途主机的端口。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()制止监听并关闭服务器。bool isListening() const返回服务器是否正在监听毗连。QList pendingConnections()返回等待处理的挂起毗连的列表。virtual void incomingConnection(qintptr socketDescriptor)当有新毗连时调用，可以在子类中实现以处理新毗连。void maxPendingConnections() const返回允许的最大挂起毗连数。void setMaxPendingConnections(int numConnections)设置允许的最大挂起毗连数。QNetworkProxy proxy() const返回服务器的署理设置。void setProxy(const QNetworkProxy &networkProxy)设置服务器的署理设置。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()暂停接受新毗连，但保持现有毗连。void resumeAccepting()恢复接受新毗连。void close()关闭服务器。如上这些只是常用函数的简要描述，具体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QTcpServer和QTcpSocket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；

1. bool QTcpServer::listen(
2.     const QHostAddress &address = QHostAddress::Any,
3.     quint16 port = 0
4. );

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这个函数用于开始在指定的地址和端口上监听毗连。它的参数包罗：

• address：一个QHostAddress对象，指定要监听的主机地址。默认为QHostAddress::Any，表示监听全部可用的网络接口。
  
• port：一个quint16类型的端口号，指定要监听的端口。如果设置为0，体系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等待新的毗连到达。它的原型如下：

1. bool QTcpServer::waitForNewConnection(
2.     int msec = 0,
3.     bool *timedOut = nullptr
4. );

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该函数在服务器接受新毗连之前会不停阻塞。参数包罗：

• msec：等待毗连的超时时间（以毫秒为单位）。如果设置为0（默认值），则表示无限期等待，直到有新毗连到达。
  
• timedOut：一个可选的布尔指针，用于指示等待是否超时。如果转达了此参数，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毗连。如果在超时时间内有新毗连到达，返回true，否则返回false。如果等待超时，可以通过查抄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，nextPendingConnection 是 QTcpServer 类的成员函数，用于获取下一个已接受的毗连的套接字（QTcpSocket）。它的原型如下：

1. QTcpSocket *QTcpServer::nextPendingConnection();

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函数返回一个指向新毗连套接字的指针。如果没有已接受的毗连，则返回 nullptr。
使用这个函数，你可以在服务器接受毗连之后获取相应的套接字，以便举行数据传输和通信。一般来说，在收到 newConnection 信号后，你可以调用这个函数来获取新毗连的套接字。
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界说在QAbstractSocket类内。以下是QAbstractSocket类中界说的一些状态及其对应的标记：
状态标记描述UnconnectedState未毗连状态，套接字没有毗连到长途主机。HostLookupState正在查找主机地址状态，套接字正在解析主机名。ConnectingState毗连中状态，套接字正在尝试与长途主机建立毗连。ConnectedState已毗连状态，套接字已经成功毗连到长途主机。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，套接字正在关闭毗连。ListeningState监听中状态，用于QTcpServer，表示服务器正在监听毗连。这些状态反映了套接字在不同阶段的毗连和通信状态。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。比方，可以使用信号和槽机制来捕捉状态变化，以便在毗连建立或断开时实行相应的操纵。
当套接字被毗连后则可以通过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：

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

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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全部数据都被写入。
至此服务端代码可总结为如下案例；

1. #include <QCoreApplication>
2. #include <QTcpServer>
3. #include <QTcpSocket>
4. #include <iostream>
6. int main(int argc, char *argv[])
7. {
8.     QCoreApplication a(argc, argv);
10.     QTcpServer server;
12.     server.listen(QHostAddress::Any,9000);
13.     server.waitForNewConnection(100000);
15.     QTcpSocket *socket;
17.     socket = server.nextPendingConnection();
18.     if(socket->state() && QAbstractSocket::ConnectedState)
19.     {
20.         QByteArray bytes = QString("lyshark").toUtf8();
21.         socket->write(bytes.data(),bytes.length());
22.     }
24.     socket->close();
25.     server.close();
26.     return a.exec();
27. }

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1.1.2 客户端流程

客户端的流程与服务端根本保持一致，唯一的区别在于将server.listen更换为socket.connectToHost毗连到对应的主机，QTcpSocket 的 connectToHost 函数的原型如下：

1. void QTcpSocket::connectToHost(
2. const QString &hostName,
3. quint16 port,
4. OpenMode openMode = ReadWrite
5. );

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• hostName：长途主机的主机名或IP地址。
  
• port：要毗连的端口号。
  
• openMode：套接字的打开模式，默认为 ReadWrite。
  

函数用于初始化与指定长途主机和端口的毗连。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毗连尝试。
读取数据时可以使用readAll函数来实现，socket.readAll() 是 QTcpSocket 类的成员函数，用于读取全部可用的数据并返回一个 QByteArray 对象。其函数函数原型如下：

1. QByteArray QTcpSocket::readAll();

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

1. #include <QCoreApplication>
2. #include <QTcpServer>
3. #include <QTcpSocket>
4. #include <iostream>
6. int main(int argc, char *argv[])
7. {
8.     QCoreApplication a(argc, argv);
10.     QTcpSocket socket;
11.     socket.connectToHost(QHostAddress::LocalHost,9000);
13.     if(socket.state() && QAbstractSocket::ConnectedState)
14.     {
15.         socket.waitForReadyRead(10000);
17.         QByteArray ref = socket.readAll();
19.         QString ref_string;
21.         ref_string.prepend(ref);
23.         std::cout << ref_string.toStdString() << std::endl;
24.     }
26.     socket.close();
27.     return a.exec();
28. }

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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，制止侦听则是调用tcpServer->close函数实现，如下所示；

1. MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
2. {
3.     ui->setupUi(this);
5.     // 新建TCP套接字类
6.     tcpServer=new QTcpServer(this);
8.     // 连接信号初始化其他信号
9.     connect(tcpServer,SIGNAL(newConnection()),this,SLOT(onNewConnection()));
10. }

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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；

1. // 初始化信号槽函数
2. void MainWindow::onNewConnection()
3. {
4.     // 创建新套接字
5.     tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
7.     // 连接触发信号
8.     connect(tcpSocket, SIGNAL(connected()),this, SLOT(onClientConnected()));
9.     onClientConnected();
11.     // 关闭触发信号
12.     connect(tcpSocket, SIGNAL(disconnected()),this, SLOT(onClientDisconnected()));
14.     // 状态改变触发信号
15.     connect(tcpSocket,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
16.     onSocketStateChange(tcpSocket->state());
18.     // 读入数据触发信号
19.     connect(tcpSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(onSocketReadyRead()));
20. }

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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，其初始化部门与服务端保持一致，唯一不同的是客户端使用connectToHost函数链接到服务端上，断开毗连时使用的是disconnectFromHost函数，如下所示；

1. // 开始侦听
2. void MainWindow::on_pushButton_2_clicked()
3. {
4.     // 此处指定绑定本机的8888端口
5.     tcpServer->listen(QHostAddress::LocalHost,8888);
6.     ui->plainTextEdit->appendPlainText("[+] 开始监听");
7.     ui->plainTextEdit->appendPlainText(" 服务器地址：" + tcpServer->serverAddress().toString() +
8.                                        " 服务器端口："+QString::number(tcpServer->serverPort())
9.                                        );
10. }
12. // 停止侦听
13. void MainWindow::on_pushButton_3_clicked()
14. {
15.     if (tcpServer->isListening())
16.     {
17.         tcpServer->close();
18.     }
19. }

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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)函数直接转达给客户端，代码如下所示；

1. // 读取数据
2. void MainWindow::onSocketReadyRead()
3. {
4.     while(tcpSocket->canReadLine())
5.         ui->plainTextEdit->appendPlainText("[接收] | " + tcpSocket->readLine());
6. }
8. // 发送数据
9. void MainWindow::on_pushButton_clicked()
10. {
11.     QString  msg=ui->lineEdit->text();
12.     ui->plainTextEdit->appendPlainText("[发送] | " + msg);
14.     QByteArray str=msg.toUtf8();
15.     str.append('\n');
16.     tcpSocket->write(str);
17. }

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运行后，服务端启用侦听等待客户端毗连，客户端毗连后，两边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举行，如下图所示；

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