Qt Socket 编程：从零开始搭建服务端与客户端-EW帮帮网

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Qt Socket 编程：从零开始搭建服务端与客户端

引言

在网络编程中，Socket 通信 是实现计算机网络中进程间通信的关键技术。Qt 提供了非常便利的类来帮助我们实现网络通信，特别是 QTcpServer 和 QTcpSocket，它们为基于 TCP 协议的客户端与服务端通信提供了很好的支持。

通过这篇博客，我们将通过一个简单的例子，逐步搭建 Qt 服务端 和 客户端，并详细讲解各个函数、参数的使用，帮助你掌握 Qt Socket 编程。

一、基础概念

在进行 Socket 通信之前，我们需要了解两个基本的概念：TCP 客户端 和 TCP 服务端。

1. TCP 服务端

服务端的职责是：监听客户端连接，并且处理来自客户端的数据请求。
服务端使用 QTcpServer 类来监听客户端的连接请求。

2. TCP 客户端

客户端的职责是：连接到服务端，发送数据并接收服务端返回的数据。
客户端使用 QTcpSocket 类来进行连接、发送数据和接收数据。

二、如何搭建服务端

2.1 服务端类设计

我们首先从 服务端 开始。服务端的主要任务是监听指定的端口，接收客户端的连接请求，并与每个连接的客户端进行数据交换。

2.2 创建服务端类

服务端类需要使用 QTcpServer 来启动服务并监听端口；同时，使用 QTcpSocket 来与每个连接的客户端进行数据通信。

Server.h — 服务端头文件

#ifndef SERVER_H
#define SERVER_H

#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QList>
#include <QObject>

class Server : public QObject
{
    Q_OBJECT

public:
    static Server* getInstance();  // 获取单例实例
    void startServer();  // 启动服务器，开始监听客户端连接

private slots:
    void onNewConnection();  // 处理新连接
    void onReadyRead();  // 读取客户端数据
    void onDisconnected();  // 处理客户端断开连接

private:
    Server(QObject *parent = nullptr);  // 构造函数私有化，防止外部实例化
    Server(const Server&) = delete;  // 禁止拷贝构造
    Server& operator=(const Server&) = delete;  // 禁止赋值操作

    static Server* instance;  // 静态成员变量，用于存储单例实例

    QTcpServer server;  // 用于监听客户端连接
    QList<QTcpSocket*> clientSockets;  // 存储客户端连接的列表
};

#endif // SERVER_H

2.3 构造函数和 `getInstance()`

服务端使用 单例模式，确保只存在一个 Server 实例。这样我们可以方便地在应用中访问服务端实例。

Server(QObject *parent = nullptr)：构造函数私有化，防止外部直接实例化服务端对象。
getInstance()：静态方法，确保 Server 类只有一个实例。如果实例不存在，就创建它。

2.4 `startServer()` 方法

startServer() 方法启动 QTcpServer，并开始监听客户端连接。

void Server::startServer()
{
    if (!server.listen(QHostAddress::Any, 5555)) {
        qCritical() << "Server failed to start:" << server.errorString();
    } else {
        qDebug() << "Server started on port 5555";
    }
}

listen(QHostAddress::Any, 5555)：listen() 方法使服务端开始监听来自 任意网络地址 的连接请求，并指定端口号 5555。
QHostAddress::Any：表示服务器可以监听本地计算机上的所有网络接口（包括本地回环地址 127.0.0.1 和网络地址 0.0.0.0）。
server.errorString()：如果监听失败，输出错误信息。

2.5 处理新连接 `onNewConnection()`

当有客户端连接时，QTcpServer 会发出 newConnection() 信号，我们通过信号和槽机制来处理这个信号。

void Server::onNewConnection()
{
    QTcpSocket *clientSocket = server.nextPendingConnection();
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, &Server::onReadyRead);
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, &Server::onDisconnected);
    clientSockets.append(clientSocket);
    qDebug() << "New client connected";
}

server.nextPendingConnection()：返回一个新的 QTcpSocket 对象，表示与客户端的连接。
readyRead 信号：当客户端有数据发送过来时，触发 readyRead() 信号，调用 onReadyRead() 函数来处理数据。
disconnected 信号：当客户端断开连接时，触发 disconnected() 信号，调用 onDisconnected() 来处理断开。

2.6 读取客户端数据 `onReadyRead()`

onReadyRead() 槽函数处理客户端发送来的数据。

void Server::onReadyRead()
{
    QTcpSocket *clientSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender());
    if (clientSocket) {
        QByteArray data = clientSocket->readAll();  // 读取客户端发送的所有数据
        qDebug() << "Received from client:" << data;
        clientSocket->write(data);  // 回显数据
    }
}

readAll()：读取客户端发送的所有数据。
write()：回显数据，将接收到的数据发送回客户端。

2.7 处理客户端断开连接 `onDisconnected()`

当客户端断开连接时，我们需要清理该连接。

void Server::onDisconnected()
{
    QTcpSocket *clientSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender());
    if (clientSocket) {
        clientSockets.removeAll(clientSocket);  // 从列表中移除断开的客户端
        clientSocket->deleteLater();  // 删除客户端连接
        qDebug() << "Client disconnected";
    }
}

removeAll(clientSocket)：从 clientSockets 列表中移除断开的客户端。
deleteLater()：删除客户端连接对象，释放内存。

三、搭建 TCP 客户端

客户端的任务是连接到服务端，发送数据并接收服务端的响应。客户端使用 QTcpSocket 来实现。

3.1 创建客户端类

客户端类将通过 QTcpSocket 连接到服务端，发送数据，并接收服务端的响应。

Client.h — 客户端头文件

#ifndef CLIENT_H
#define CLIENT_H

#include <QTcpSocket>
#include <QHostAddress>
#include <QObject>

class Client : public QObject
{
    Q_OBJECT

public:
    Client(QObject *parent = nullptr);

private slots:
    void onConnected();  // 成功连接到服务端
    void onReadyRead();  // 读取服务器响应的数据

private:
    QTcpSocket socket;  // 客户端的套接字
};

#endif // CLIENT_H

3.2 客户端连接服务端

客户端通过 connectToHost() 连接到服务端，端口号为 5555。

#include "Client.h"
#include <QDebug>

Client::Client(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    // 连接到服务端
    socket.connectToHost(QHostAddress::LocalHost, 5555);

    connect(&socket, &QTcpSocket::connected, this, &Client::onConnected);
    connect(&socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &Client::onReadyRead);
}

void Client::onConnected()
{
    qDebug() << "Connected to server";
    socket.write("Hello Server!");  // 向服务器发送数据
}

void Client::onReadyRead()
{
    QByteArray data = socket.readAll();  // 读取服务器返回的数据
    qDebug() << "Received from server: " << data;
}

3.3 解释每个函数和参数

socket.connectToHost(QHostAddress::LocalHost, 5555)：连接到本地服务端，QHostAddress::LocalHost 表示连接到本地机器。
connected() 信号：连接成功后触发，调用 onConnected() 发送数据到服务端。
readyRead() 信号：服务端发送数据时触发，客户端接收并输出数据。

四、总结

在这篇博客中，我们学习了如何使用 Qt 的 Socket 编程 来实现 TCP 客户端与服务端通信。我们搭建了一个简单的服务端和客户端，介绍了如何使用 QTcpServer 来监听连接，使用 QTcpSocket 来发送和接收数据。

QTcpServer：用于服务端监听连接并接受客户端的连接请求。
QTcpSocket：用于客户端与服务端之间的通信。
信号与槽机制：通过 readyRead()、newConnection() 和 disconnected() 等信号与槽来处理数据传输和连接管理。

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