QT中进行TCP/IP网络通信服务器的基础配置与简单理解

2024-05-11 服务器 0

最近在学QT，虽然只是想入门，达到最简单的使用效果，以下是我一天的学习QT中TCP网络通讯如何进行基础配置与TCP网络通讯的简单理解。看配置的话建议直接跳转到“快速入门及配置”。

1 TCP/IP协议族简单介绍与理解

1.1 摘抄自他人对TCP/IP协议族的理解与讲解

1.2 个人对TCP/IP协议族的浅显理解

2 在QT中配置TCP服务

2.1 整体思路

2.2 快速入门及配置

2.3 创建、应用TCP服务器服务

2.4 创建、应用TCP客户端端服务

3 可能遇到的问题

正文：

1 TCP/IP协议族简单介绍与理解

1.1 摘抄自他人对TCP/IP协议族的理解与讲解

我看了两篇文章

第一篇文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/33889997
第二篇文章https://blog.csdn.net/Jacky_Feng/article/details/114977261

看了两位作者对TCP/IP协议族的理解，以下是他们对TCP的介绍，我就直接复制粘贴过来了，感兴趣的建议直接去看原文章。
TCP通讯的定义：TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)协议属于传输层协议。其中TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。
作用：TCP/IP 是用于因特网 (Internet) 的通信协议。 TCP/IP 通信协议是对计算机必须遵守的规则的描述，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。
优点： 1.TCP(Transimision Control Protocal)
2.传输控制协议
3.可靠的、面向连接的协议
4.传输效率低
5.UDP(User Datagram Protocal)
6.用户数据报协议
7.不可靠的、无连接的服务
8.传输效率高

1.2 个人对TCP/IP协议族的浅显理解

我基于对两位作者文章的理解，提出我对对TCP/IP协议族通讯过程的浅显理解：TCP指的不是单个具体的协议，而是一个庞大的协议族，是很多通讯协议的大集合。
通讯协议需要遵守ISO（国际标准化组织）制定的七大体系结构，但我们所用的TCP属于传输层的东西，传统上来说TCP/IP被认为是一个四层协议。协议的分层可见下图。以下我举了一个我自己理解的简单供读者参考。

就像我们要给别人发一条信息，我们可以选择写信、发邮件、用手机发信息（对应通讯协议），那我们选择使用手机发信息，然而用手机发信息又可以选择的应用有很多，短信、电话、QQ、微信等等（对应应用层），最终我们选择了微信，我们给A朋友发了一则消息“Hello World”，这条消息会先通过相关协议（TCP协议）封装成机代码格式（很不专业的叫法，理解下），通过网络协议（IP）进行再封装，封装成符合网络传输的代码格式，最终由手机的网卡（数据链路层）通过WIFI、运营商网络等（物理层）发送给A朋友。A朋友则会经历一番逆操作，便可以在手机上看到我们发送的“Hello World”。（这一流程，我表述的可能很不准确甚至有误，欢迎大家私信我）我将这一过程整理成流程图，可见以下流程图。
跟据以上例子，应该可以简单理解这一通讯过程了，本文主要去简单配置、使用TCP/IP协议，所以我们只用关系这两个地方即可，其他数据链路层、物理层其实都属于硬件部分，这部分我们不做讨论。

2 在QT中配置TCP服务

2.1 整体思路以及QT中用到的一些函数

在TCP通讯中，TCP通讯逻辑往往遵守以下流程图。也就是说，我们完全可以跟着这张图进行编程。图上更是标明了什么时候用什么函数，绑定QT的什么信号。在这里插入图片描述

端口号的取值范围一般是0~65535，在计算机中，1024以下的一般都是系统服务的各种端口，这部分端口一般情况下不要去使用。在同一计算机中，端口使用不要重复，也就是每一个连接要对应一个端口号。本文使用的端口号是9090。

2.2 快速入门及配置

在QT中，它自带了TCP服务，无需我们再多下载其他东西。提到TCP服务，俩设备通讯肯定是绕不开的基础，那么我们可以创建一个简单的对话框，来辅助我们进行调试。
我们先做一个服务器端的网络通讯。为了方便我们观察是否通讯成功，我们可以使用QT拉一个简单的页面，页面如下图：在这里插入图片描述

为了方便对代码的理解，我这里将我给这些组件的命名标注（红字）如下图：
在这里插入图片描述

2.3 创建、应用TCP服务器服务

本文直接在本地模拟了TCP服务器通讯，所以不用设置通讯地址，只用配置端口即可。
本文要实现的目标是能将项目配置成TCP服务器，然后通过网络调试软件充当客户端，两者进行通讯，服务器与客户端通讯的消息会被记录在历史信息中，服务器向客户端发送的消息可以通过“发送消息”文本框进行输入，并通过“发送消息”按钮进行发送。
所以综上，我们只需要配置TCP服务器的端口号便可达到TCP服务器的基础功能。
我这里使用的是QT的qmake系统模板（Build system），5.14.2 32-bit的版本。在QT中，我们要使用TCP服务，以下步骤是用来制作TCP服务器的：
本文整个步骤都是按照“整体思路以及QT中用到的一些函数”中的流程图（以下简称为流程图）来写的。
1.将网络模块添加进项目，在项目中的.pro文件中第一行，添加上network代码（这一步是死的步骤），如下图：在这里插入图片描述
这一步是将QT的网络模块添入项目中，这个网络模块是QT自带的东西，QT只是在创建项目时没有引入这个模块而已，也可以简单理解为给整个项目引入网络服务包的一个操作。
2.在mainwindow.h文件中引入QTcp服务，并声明QTcpServer、QTcpSocket两个对象，QTcpServer用以配置QTcpSocket对象，这一步也就对应着流程图中的socket()这一步，过程如下图：在这里插入图片描述

这里声明的这两个对象，目的是在整个项目进行使用，根据自己的情况，也可以将它们声明在自己需要的地方（但我感觉一般都会是全局更方便吧）。
3.实例化m_s，并在m_s中设置端口与IP地址。
在这里插入图片描述
这里第一步、第三步、第四步是必要的，第二步属于一个槽函数的设置，第五步属于一个UI的设置。第一、三步对应流程图的bind()步骤设计，因为我们要监听所有IP地址，所以我们不用对IP地址进行设计，只需要设置端口就好，也就是只获取了端口号，让其转换成了符合listen()函数的16位无符号数字。第四步也就是设置了lister()步骤。
4.到此我们完成了accept()之前的所有设置，接下来就是调用将信号QTcpServer::newConnection与包含nextPendingConnection()的槽函数绑定在一起，翻译过来就是当有新设备连接时，就调用nextPendingConnection()函数，获取客户端的QTcpSocket。步骤如下：
在这里插入图片描述
这里的第一步是完成了accept()，然后第二步是完成了socket()。第三步属于一个UI优化。
5.接下来就是绑定read()与write()了，read()对应一个QTcpSocket::newConnetcion信号和readAll()函数，writer()对应了一个发送按钮的槽函数，也就是说当按钮被按下时，就会触发write()函数，进行发送信息，步骤如下：在这里插入图片描述
到此其实已经能与客户端进行正常通讯了，也就是说服务器端的基础功能其实快配置完了，现在就差最后一步close了。
6.配置close()其实最简单了，就是当客户端与服务器断开连接时会产生一个QTcpSocket::disconnected信号，我们只需要在该信号被触发时，去关闭m_t即可。步骤如下：
在这里插入图片描述
到此，QT中TCP服务器端已经配置完毕，我们可以通过网络调试助手（我在这个网址下载的网络调试助手：https://soft.3dmgame.com/down/213757.html）进行调试，试试看是否成功。效果如下：

附上服务器端源码：
.pro文件中就添加了一句，这里就不展示了。
mainwindow.cpp文件源码：
代码中有很多被注释掉的代码，那些代码与配置TCP服务器端无关，它们只是一些优化UI的代码，然后我这些代码引入了我自己的一个素材包，所以你取消这些被注释的代码可能会导致你的代码报错。

#include "mainwindow.h"  #include "ui_mainwindow.h"  #include "QLabel"    MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)      : QMainWindow(parent)      , ui(new Ui::MainWindow)  {      ui->setupUi(this);        //用以设置图标  //    m_status = new QLabel;      //设置图标  //    ui->statusbar->addWidget(new QLabel("连接状态为："));//在状态栏中添加一个QLabel标签组件  //    m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/cuowu.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片  //    ui->statusbar->addWidget(m_status);        m_s = new QTcpServer(this); //实例化m_s对象      ui->COM_lineEdit->setText("9090");        connect(m_s,&QTcpServer::newConnection,this,[=](){          //检查是否连接成功          m_t = m_s->nextPendingConnection();    //        m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/duigou.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片  //        ui->statusbar->addWidget(m_status);//设置连接成功图片            ui->COM_record->append("-----客户端完成与服务器的连接-----");          //接收数据          connect(m_t,&QTcpSocket::readyRead,this,[=](){              QByteArray buf = m_t->readAll();              ui->COM_record->append("客户端：" + buf);   //将数据展示出来          });            connect(m_t,&QTcpSocket::disconnected,this,[=](){   //关闭监听    //            m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/cuowu.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片  //            ui->statusbar->addWidget(m_status);                ui->COM_record->append("-----与服务器断开连接-----");              m_t->close();              m_t->deleteLater();          });      });    }    MainWindow::~MainWindow()  {      delete ui;  }      void MainWindow::on_COM_pushButton_clicked()  {      unsigned short port = ui->COM_lineEdit->text().toUShort();  //转成16位的无符号数      m_s->listen(QHostAddress::Any,port);    //打开TCP服务器端的监听      ui->COM_pushButton->setDisabled(true);  //将监听按钮设置为禁用  }    void MainWindow::on_sendMessage_pushButton_clicked()  {      QString message = ui->sendMessage_record->toPlainText();//获取将要发送的文本      QByteArray sendMessage = message.toUtf8();//将文本数据转换为UTF-8      m_t->write(sendMessage);//发送数据      ui->COM_record->append("服务器：" + sendMessage);//将发送数据记录下来      ui->sendMessage_record->clear();//将发送数据框清空  }

2.4 创建、应用TCP客户端端服务

创建客户端的UI界面如下图所示：在这里插入图片描述

这里其实与上面的服务器端大同小异，只要能看懂服务器端，那看懂客户端那就是很简单的，这里我直接附上源码吧。
mainwindow.cpp文件：

#include "mainwindow.h"#include "ui_mainwindow.h"#include "QLabel"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)    : QMainWindow(parent)    , ui(new Ui::MainWindow){    ui->setupUi(this);    //用以设置图标//    m_status = new QLabel;    //设置图标//    ui->statusbar->addWidget(new QLabel("连接状态为："));//在状态栏中添加一个QLabel标签组件//    m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/cuowu.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片//    ui->statusbar->addWidget(m_status);    m_socket = new QTcpSocket(this);    ui->COM_lineEdit->setText("9090");    //与服务器连接成功    connect(m_socket,&QTcpSocket::connected,this,[=](){ //当成功连接时会触发这个信号//        m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/duigou.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片//        ui->statusbar->addWidget(m_status);//设置连接成功图片        ui->COM_record->append("-----客户端完成与服务器的连接-----");    });    //接收数据    connect(m_socket,&QTcpSocket::readyRead,this,[=](){ //当有新数据时，会触发这个信号        QByteArray buf = m_socket->readAll();        ui->COM_record->append("服务器：" + buf);   //将数据展示出来    });    //断开连接    connect(m_socket,&QTcpSocket::disconnected,this,[=](){   //当与服务器断开时出发这个信号        ui->COM_record->append("-----与服务器断开连接-----");        ui->IP_pushButton->setEnabled(false);        ui->COM_pushButton->setEnabled(true);        //设置状态栏图标//        m_status->setPixmap(QPixmap(":/new/prefix1/cuowu.png").scaled(15,15));//设置连接失败图片//        ui->statusbar->addWidget(m_status);    });}MainWindow::~MainWindow(){    delete ui;}void MainWindow::on_COM_pushButton_clicked(){    QString ip = ui->IP_lineEdit->text();    unsigned short port = ui->COM_lineEdit->text().toUShort();  //转成16位的无符号数    //连接服务器    m_socket->connectToHost(QHostAddress(ip),port);    ui->COM_pushButton->setDisabled(true);  //将监听按钮设置为禁用    ui->IP_pushButton->setDisabled(false);}void MainWindow::on_sendMessage_pushButton_clicked(){    QString message = ui->sendMessage_record->toPlainText();//获取将要发送的文本    QByteArray sendMessage = message.toUtf8();//将文本数据转换为UTF-8    m_socket->write(sendMessage);//发送数据    ui->COM_record->append("服务器：" + sendMessage);//将发送数据记录下来    ui->sendMessage_record->clear();//将发送数据框清空}void MainWindow::on_IP_pushButton_clicked(){    m_socket->close();    ui->COM_pushButton->setEnabled(true);    ui->IP_pushButton->setEnabled(false);}