QT开发--网络编程

第十七章 QT网络编程

Qt Network模块用于TCP/IP编程，提供HTTP请求、cookies、DNS等功能的C++类。

使用需在pro文件中添加“QT += network”。

17.1 QHostInfo

QHostInfo类用于查找主机名与IP地址的关联。它提供两种查找方式：

1、异步查找：调用lookupHost()，传入主机名或IP地址、接收对象和槽。

查找完成时，槽被调用，结果存储在QHostInfo对象中。

QHostInfo::lookupHost("www.baidu.com", // 主机名或IP地址  this, // 接收查找结果的接收者对象  [](const QHostInfo& info) // 处理查找结果的lambda表达式  
{    qDebug() << info.hostName() << info.addresses();  // 输出主机名和IP地址列表  
});

‌一个主机名可以有多个关联的IP地址，这是因为DNS系统允许一个主机名映射到多个IP地址。‌ 这种机制称为域名解析冲突，它允许在特定情况下，一个主机名对应多个IP地址‌ 。

"www.baidu.com"                                 //域名
(QHostAddress("180.101.50.242"),                 //IPV4地址
QHostAddress("180.101.50.188"), 
QHostAddress("240e:e9:6002:15a:0:ff:b05c:1278"),  //ipv6地址
QHostAddress("240e:e9:6002:15c:0:ff:b015:146f"))

2、阻塞查找：使用QHostInfo::fromName()函数。

QHostInfo info = QHostInfo::fromName("smtp.qq.com");  
qDebug() << info.hostName() << info.addresses();

查找失败时，可使用error()和errorString()获取错误详情。支持国际化域名(IDNs)。

要检索本地主机名，使用QHostInfo::localHostName()。

17.2 QHostAddress

QHostAddress类用于保存和操作IPv4或IPv6地址，独立于平台和协议。

它通常与QTcpSocket、QTcpServer和QUdpSocket结合使用，以支持网络连接。

该类提供设置和检索主机地址的方法，如setAddress()、toIPv4Address()、toIPv6Address()和toString()，以及检查地址类型的protocol()方法。

QHostAddress还定义了一组预定义地址，包括：

枚举	描述
QHostAddress::Null	空地址对象
QHostAddress::LocalHost	IPv4本地主机地址（127.0.0.1）
QHostAddress::localhsotIPv6	IPv6本地主机地址（::1）。
QHostAddress::Broadcast	IPv4广播地址（255.255.255.255）。
QHostAddress::AnyIPv4	IPv4任何地址（0.0.0.0），绑定此地址的套接字仅在IPv4接口上监听。
QHostAddress::AnyIPv6	IPv6任何地址（::），绑定此地址的套接字仅在IPv6接口上监听。
QHostAddress::Any	双栈任意地址，绑定此地址的套接字将侦听IPv4和IPv6接口。

17.3 QNetworkInterface

QNetworkInterface类提供了获取主机IP地址和网络接口列表的功能。

每个网络接口可能包含多个IP地址，以及相关的网络掩码和广播地址，这些信息可通过addressEntries()获取。

若只需IP地址，可使用allAddresses()。

hardwareAddress()用于获取接口的硬件地址。

/*获取主机上所有ip地址*/
QList<QHostAddress> addrList = QNetworkInterface::allAddresses();  
for (const QHostAddress &addr : addrList) {  qDebug() << addr.protocol() << addr.toString();  
}

/*获取并遍历主机上所有网络接口*/
QList<QNetworkInterface> networkList = QNetworkInterface::allInterfaces();  
for (const QNetworkInterface &inter : networkList) {  if (!inter.isValid()) continue;  qDebug() << inter.name() << inter.type() << inter.hardwareAddress() << inter.humanReadableName();  for (const QNetworkAddressEntry &entry : inter.addressEntries()) {  qDebug() << entry.ip();  }  
}

17.4 QNetworkAddressEntry

QNetworkAddressEntry类用于存储网络接口上的IP地址及其相关的网络掩码和广播地址。

关键成员函数包括：

broadcast()：返回与IPv4地址和子网掩码相关联的广播地址。

ip()：返回网络接口中的IPv4或IPv6地址。

netmask()：返回与IP地址相关联的子网掩码。

QNetworkAddressEntry entry;  // 假设entry已经被正确初始化  QHostAddress ip = entry.ip();                  //获取Ip地址
QHostAddress netmask = entry.netmask();        //获取子网掩码
QHostAddress broadcast = entry.broadcast();    //获取广播地址qDebug() << "IP:" << ip.toString();  
qDebug() << "Netmask:" << netmask.toString();  
qDebug() << "Broadcast:" << broadcast.toString();

17.5 QAbstractSocket

QAbstractSocket类为QTcpSocket和QUdpSocket提供了通用的套接字功能。

1. QAbstractSocket基类：

是QTcpSocket和QUdpSocket的基类，统一了API。

2. 套接字选择：

可以直接实例化QTcpSocket或QUdpSocket。

#include <QCoreApplication>  
#include <QTcpSocket>  
#include <QDebug>  int main(int argc, char *argv[])  
{  QCoreApplication app(argc, argv);  // 创建一个QTcpSocket实例  QTcpSocket *socket = new QTcpSocket();  // 连接到服务器（这里使用localhost和端口12345作为示例）  socket->connectToHost("127.0.0.1", 12345);  // 监听连接状态改变信号  QObject::connect(socket, &QTcpSocket::connected, []() {  qDebug() << "Connected to server";  // 在连接成功后发送数据（这里发送一个简单的Hello消息）  socket->write("Hello, server!\n");  });  // 监听数据可读信号  QObject::connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, []() {  qDebug() << "Data received from server:" << socket->readAll();  });  // 监听连接断开信号（可选）  QObject::connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, []() {  qDebug() << "Disconnected from server";  // 在这里可以执行一些清理操作，比如删除socket对象（如果不再需要）  // 注意：如果socket对象是在局部作用域内创建的（例如在这个main函数中），  // 并且你没有将其传递给其他长期存在的对象或线程，那么当main函数结束时，  // socket对象将被自动释放（前提是你没有使用new来动态分配它）。  // 但是，如果你在其他地方创建了socket对象并希望在这里删除它，  // 你应该确保没有其他地方还在使用这个对象。  });  // 进入Qt的事件循环（对于控制台应用程序，这一步是必需的，以便处理信号和槽）  return app.exec();  
}

或者使用本机套接字描述符，创建QAbstractSocket实例，并调用setSocketDescriptor()。

#include <QTcpSocket>  
#include <QSocketNotifier>  
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <unistd.h>  
#include <QDebug>  int main(int argc, char *argv[])  
{  // 初始化Qt应用程序（对于非GUI应用程序，这一步可能不是必需的，但在这里包含以防万一）  QCoreApplication app(argc, argv);  // 创建一个本机套接字描述符（这里仅作示例，实际代码中你可能需要在其他地方创建和配置这个套接字）  int nativeSocketDescriptor = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  if (nativeSocketDescriptor == -1) {  qCritical() << "Failed to create native socket descriptor";  return -1;  }  // 配置套接字地址和端口（这里使用localhost和任意端口作为示例）  sockaddr_in serverAddress;  serverAddress.sin_family = AF_INET;  serverAddress.sin_port = htons(12345); // 任意端口，应根据实际情况修改  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddress.sin_addr); // localhost  // 连接到服务器（这里仅作示例，实际代码中你可能需要处理连接失败的情况）  if (connect(nativeSocketDescriptor, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) == -1) {  qCritical() << "Failed to connect to server";  close(nativeSocketDescriptor);  return -1;  }  // 创建一个QTcpSocket实例（也可以使用QUdpSocket，取决于你的需求）  QTcpSocket *socket = new QTcpSocket();  // 将本机套接字描述符设置为QTcpSocket的底层套接字描述符  if (!socket->setSocketDescriptor(nativeSocketDescriptor)) {  qCritical() << "Failed to set socket descriptor";  delete socket;  return -1;  }  // 现在你可以像使用普通的QTcpSocket一样使用这个套接字了  // 例如，监听连接状态改变、数据可读等信号，并相应地处理它们  // 监听连接状态改变（可选）  QObject::connect(socket, &QTcpSocket::stateChanged, [](int state) {  qDebug() << "Socket state changed:" << state;  });  // 监听数据可读（可选）  QObject::connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, []() {  qDebug() << "Data available:" << socket->readAll();  });  // ... 在这里执行其他操作，例如发送数据、关闭连接等 ...  // 注意：在Qt应用程序结束时，确保正确地删除并释放所有动态分配的对象和资源  // 在这个例子中，由于我们在main函数中创建了socket对象，并且没有在其他地方删除它，  // 因此当main函数结束时，socket对象将被自动释放（前提是我们没有将其传递给其他长期存在的对象或线程）。  // 然而，在实际的应用程序中，你可能需要更仔细地管理对象的生命周期。  return app.exec(); // 对于非GUI应用程序，这一步可能不是必需的；但如果你的应用程序有事件循环，则需要调用它  
}

3. 协议差异：

TCP：可靠、面向流、面向连接。
UDP：不可靠、面向数据报、无连接。
QAbstractSocket通过connectToHost()为UDP提供虚拟连接。

4. 状态管理：

初始状态：UnconnectedState。
连接过程：HostLookupState -> ConnectingState -> ConnectedState。
- //查找主机->请求连接->连接成功
错误处理：触发error()。
状态改变：触发stateChanged()。

5. 数据读写：

读取：read()、readLine()、readAll()。
写入：write()。
信号：bytesWritten()。
缓冲区：setReadBufferSize()限制大小。

6. 连接管理：

关闭连接：disconnectFromHost()。
立即中止：abort()。
远程关闭：发出RemoteHostClosedError，然后disconnected()。

7. 对等方信息：

peerPort()     //返回连接的对等端（远程）的端口号。  
peerAddress()  //返回连接的对等端（远程）的IP地址。  
peerName()     //返回连接的对等端（远程）的名称，通常是IP地址和端口号的组合。  localPort()    //返回本地套接字的端口号。  
localAddress() //返回本地套接字的IP地址。

8. 阻塞函数：

waitForConnected()    // 阻塞当前线程，直到套接字连接成功或超时。  
waitForReadyRead()    // 阻塞当前线程，直到有数据可读或超时。  
waitForBytesWritten() // 阻塞当前线程，直到所有待发送的数据都已写入套接字或超时。  
waitForDisconnected() // 阻塞当前线程，直到套接字断开连接或超时。

17.6 信号

自定义信号

connected() - 成功建立连接后发出。
disconnected() - 套接字断开连接时发出。
error(QAbstractSocket::SocketError socketError) - 发生错误时发出，带有错误类型。
hostFound() - 主机查找成功后发出。
*proxyAuthenticationRequired(const QNetworkProxy &proxy, QAuthenticator authenticator) - 需要代理身份验证时发出。
stateChanged(QAbstractSocket::SocketState socketState) - 套接字状态变化时发出，带有新状态。//查找->请求连接->连接建立。

从QIODevice继承的信号

aboutToClose() - 设备即将关闭时发出。
bytesWritten(qint64 bytes) - 向设备写入数据时发出，带有写入的字节数。
readChannelFinished() - 输入流关闭时发出。
readyRead() - 有新数据可读时发出。

从QObject继承的信号

*destroyed(QObject obj = Q_NULLPTR) - 对象销毁前发出。
objectNameChanged(const QString &objectName) - 对象名称更改后发出。

17.7 QTcpServer（监听套接字）

QTcpServer类是一个基于TCP的服务器类，用于监听并接收传入的TCP连接。

功能概述

监听端口：可以指定端口或自动选择。
监听地址：可以监听特定地址或所有地址。
开始监听：调用listen()方法。
连接信号：每当有新连接时，发出newConnection()信号。
接受连接：调用nextPendingConnection()获取已连接的QTcpSocket。
错误处理：使用serverError()和errorString()处理错误。
获取信息：使用serverAddress()和serverPort()获取监听信息。
停止监听：调用close()方法。
无事件循环：可使用waitForNewConnection()阻塞等待连接。

listen()本身是非阻塞的，它不会等待连接，而是立即返回。连接的处理是通过信号和槽机制异步完成的。

waitForNewConnection()方法用于在没有事件循环的情况下，阻塞当前线程直到有新的连接进来或者超时发生。

信号

acceptError(QAbstractSocket::SocketError socketError)：接受新连接出错时发出。
newConnection()：有新连接可用时发出。

// 创建服务器实例  
QTcpServer *server = new QTcpServer(this);  // 监听指定端口（例如1234）  
server->listen(QHostAddress::Any, 1234);  // 连接newConnection信号到槽函数  
connect(server, &QTcpServer::newConnection, this, &MyClass::handleNewConnection);  // 槽函数，处理新连接  
void MyClass::handleNewConnection() {  QTcpSocket *clientSocket = server->nextPendingConnection();  // 使用clientSocket与客户端通信  
}  // 可选：处理接受错误  
connect(server, &QTcpServer::acceptError, this, &MyClass::handleAcceptError);  
void MyClass::handleAcceptError(QAbstractSocket::SocketError socketError) {  // 处理错误，例如记录日志或显示错误信息  
}

17.8 QTcpSocket（通信套接字）

TCP是一种面向数据流和连接的可靠传输协议，HTTP和FTP等协议都是基于TCP协议的。

QTcpSocket类继承自QAbstractSocket，用于传输连续的数据流，适合连续数据传输。

它分为客户端和服务端，即C/S模型。

QTcpSocket提供读写两个独立的数据流，通过read()和write()操作控制。

读取前可使用bytesAvailable()检查数据是否足够。

QTcpServer用于处理客户端连接，通过listen()监听连接请求，并在有客户端连接时发出newConnection()信号，可使用QTcpSocket读取客户端数据。

QIODevice类提供了几个用于读写数据的常用公有函数。

读取函数

/*从设备读取最多maxSize字节到data中,返回读取到的字节数*/
qint64 read(char *data, qint64 maxSize);/*从设备读取最多maxSize字节，返回QByteArray。*/
QByteArray read(qint64 maxSize);/*从设备读取所有剩余数据，返回QByteArray*/
QByteArray readAll();

写入函数

/*写入最多maxSize字节的数据到设备中。返回实际写入的字节数，出错时返回-1。*/
qint64 write(const char *data, qint64 maxSize);/*写入以零结尾的8位字符字符串到设备中。返回实际写入的字节数，出错时返回-1。*/
qint64 write(const char *data);/*写入QByteArray的内容到设备中。返回实际写入的字节数，出错时返回-1。*/
qint64 write(const QByteArray &byteArray);

17.9 TCP聊天程序

/*服务端*/
#include "mainwindow.h"  // 包含MainWindow类的头文件  
#include "ui_mainwindow.h"  // 包含UI类的头文件，用于设置UI界面  // MainWindow类的构造函数，初始化窗口和服务器  
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)  : QMainWindow(parent)  , ui(new Ui::MainWindow)  // 初始化UI对象  
{  ui->setupUi(this);  // 设置UI界面  server = new QTcpServer(this);  // 创建QTcpServer对象  // 连接服务器的newConnection信号到MainWindow的onNewConnection槽函数  connect(server, &QTcpServer::newConnection, this, &MainWindow::onNewConnection);  startServer();  // 启动服务器  
}  // MainWindow类的析构函数，释放UI对象  
MainWindow::~MainWindow()  
{  delete ui;  
}  // 启动服务器的方法  
void MainWindow::startServer() {  // 尝试在任意地址的1234端口上监听连接  if(server->listen(QHostAddress::Any, 1234)) {  ui->textEdit->append("Server started on port 1234");  // 服务器启动成功，显示消息  } else {  ui->textEdit->append("Error: Could not start server");  // 服务器启动失败，显示错误消息  }  
}  // 处理新连接的方法  
void MainWindow::onNewConnection() {  QTcpSocket *clientSocket = server->nextPendingConnection();  // 获取待处理的客户端连接  // 连接客户端的readyRead信号到MainWindow的onReadyRead槽函数  connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MainWindow::onReadyRead);  // 连接客户端的disconnected信号到MainWindow的onDisconnected槽函数  connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, &MainWindow::onDisconnected);  clientSockets << clientSocket;  // 将客户端连接添加到客户端列表  
}  // 处理客户端发送数据的方法  
void MainWindow::onReadyRead() {  QTcpSocket *clientSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender());  // 获取发送数据的客户端连接  QString message = clientSocket->readAll();  // 读取客户端发送的数据  ui->textEdit->append(message);  // 在文本编辑器中显示接收到的消息  
}  // 处理客户端断开连接的方法  
void MainWindow::onDisconnected() {  QTcpSocket *clientSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender());  // 获取断开连接的客户端连接  clientSockets.removeAll(clientSocket);  // 从客户端列表中移除断开的连接  clientSocket->deleteLater();  // 稍后删除客户端连接对象  
}

/*客户端*/
#include "mainwindow.h"  // 包含MainWindow类的头文件  
#include "ui_mainwindow.h"  // 包含UI类的头文件，用于设置UI界面  // MainWindow类的构造函数，初始化窗口和套接字  
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)  : QMainWindow(parent)  , ui(new Ui::MainWindow)  // 初始化UI对象  
{  ui->setupUi(this);  // 设置UI界面  socket = new QTcpSocket(this);  // 创建QTcpSocket对象  // 连接按钮的clicked信号到MainWindow的onSendMessage槽函数  connect(ui->pushButton, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::onSendMessage);  // 尝试连接到本地服务器的1234端口  socket->connectToHost("127.0.0.1", 1234);  // 连接套接字的connected信号到MainWindow的onConnected槽函数  connect(socket, &QTcpSocket::connected, this, &MainWindow::onConnected);  
}  // MainWindow类的析构函数，释放UI对象  
MainWindow::~MainWindow()  
{  delete ui;  
}  // 发送消息的方法  
void MainWindow::onSendMessage() {  // 检查套接字是否处于连接状态  if(socket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState) {  // 发送输入框中的文本到服务器，并在末尾添加换行符  socket->write(ui->lineEdit->text().toUtf8() + "\n");  }  ui->lineEdit->clear();  // 清空输入框  
}  // 处理连接成功的方法  
void MainWindow::onConnected() {  // 在文本编辑器中显示连接成功的消息  ui->textEdit->append("Connected to server");  
}

17.9 QUdpSocket（通信套接字）

UDP是轻量级、不可靠、无连接的协议，适用于非关键传输。

QUdpSocket类用于发送和接收UDP数据报，通过IP地址和端口号实现应用间通信。它支持IPv4广播，数据报建议小于512字节，端口号选1024-65535。

MTU限制：
- MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）：以太网中MTU通常设置为1500字节。当IP层的数据包（包括IP头和数据）超过MTU时，需要进行分片传输。分片会增加传输的复杂性和出错的可能性。
- IP头和UDP头开销：IP头通常需要20字节，UDP头需要8字节。因此，对于UDP数据报，实际可用的数据负载空间会减少。
- 避免分片：为了确保UDP数据报不需要分片，建议其大小小于或等于MTU减去IP头和UDP头的开销，即1500 - 20 - 8 = 1472字节。然而，考虑到网络中的不确定性（如路径上的MTU可能小于1500字节），以及可能的IP选项或其他封装开销，512字节通常被认为是一个更安全的上限。

保留端口号：
- 0-1023：这些端口号被保留给系统或知名应用程序使用，如FTP（21）、Telnet（23）、DNS（53）等。普通用户或应用程序不应使用这些端口号，以避免冲突。
动态端口号范围：
- 1024-65535：这些端口号被分配给用户进程或应用程序使用。当客户端或服务器需要建立连接时，它们可以从这个范围内选择一个未使用的端口号进行通信。
- 灵活性：选择1024-65535范围内的端口号可以确保通信的灵活性，因为这些端口号在大多数操作系统和网络环境中都是可用的。