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Qt5网络编程详细讲解

news 2025/8/22 10:21:18

个人博客：blogs.wurp.top

一、 Qt 网络模块概述

  1. 核心特性：

    • 跨平台：在 Windows、Linux、macOS 等系统上提供一致的 API。
    • 事件驱动：与 Qt 的信号槽机制无缝集成，采用异步非阻塞 I/O，不会阻塞主线程（GUI线程）。
    • 协议支持：提供了对 TCP、UDP、HTTP、HTTPS、FTP 等协议的高级封装。
    • 抽象层次：既提供了低级的套接字类（如 QTcpSocket），也提供了高级的网络请求类（如QNetworkAccessManager）。

  2. 在项目中使用网络模块：
    在你的项目文件（.pro）中，需要添加一行来引入网络模块：

    QT += network

    在源代码中，包含必要的头文件，例如：

    #include <QTcpSocket>
#include <QTcpServer>
#include <QUdpSocket>
#include <QNetworkAccessManager>
#include <QNetworkReply>

二、 核心类详解

我们将从底层到高层依次讲解最重要的几个类。

1. TCP 编程

TCP 是一种面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

  • QTcpServer：用于监听和接受传入的 TCP 连接。

    • 核心方法：
      • listen(const QHostAddress &address = QHostAddress::Any, quint16 port = 0)：开始在指定地址和端口监听。成功返回 true。
      • bool isListening()：判断是否正在监听。
      • void close()：停止服务器监听。
    • 重要信号：
      • void newConnection()：当有新的客户端连接时发射此信号。

  • QTcpSocket：用于建立 TCP 连接，进行数据的发送和接收。它继承自 QAbstractSocket，再继承自 QIODevice，因此可以像操作文件一样读写数据。

    • 核心方法：
      • connectToHost(const QString &hostName, quint16 port, OpenMode mode = ReadWrite)：异步连接到主机。
      • qint64 write(const QByteArray &data)：发送数据。
      • QByteArray readAll() / qint64 read(char *data, qint64 maxSize)：读取所有/指定大小的数据。
      • qint64 bytesAvailable()：返回可读的字节数。
      • void disconnectFromHost()：断开连接。
    • 重要信号：
      • void connected()：成功连接到服务器后发射。
      • void disconnected()：连接断开时发射。
      • void readyRead()：当有新的数据可供读取时发射。这是处理接收数据最常用的信号。
      • void error(QAbstractSocket::SocketError socketError)：发生错误时发射。
      • void stateChanged(QAbstractSocket::SocketState socketState)：状态改变时发射。

TCP 服务器编程流程：

  1. 创建 QTcpServer 对象。
  2. 调用 listen() 开始监听。
  3. 连接 newConnection() 信号到一个槽函数。
  4. 在槽函数中，调用 nextPendingConnection() 获取连接的 QTcpSocket。
  5. 保存或使用这个 QTcpSocket 对象，连接其 readyRead(), disconnected() 等信号到对应的槽函数进行数据读写和连接管理。
  6. 在 readyRead() 的槽函数中读取数据，使用 write() 发送数据。

TCP 客户端编程流程：

  1. 创建 QTcpSocket 对象。
  2. （可选）连接 connected(), readyRead(), disconnected(), error() 等信号到槽函数。
  3. 调用 connectToHost() 连接服务器。
  4. 连接成功后，使用 write() 发送数据。
  5. 在 readyRead() 的槽函数中处理服务器返回的数据。

示例：一个简单的 TCP 客户端连接和发送

// 在类头文件中声明
QTcpSocket *tcpSocket;// 在构造函数中初始化
tcpSocket = new QTcpSocket(this);
connect(tcpSocket, &QTcpSocket::connected, this, &MyClass::onConnected);
connect(tcpSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MyClass::onReadyRead);
connect(tcpSocket, &QTcpSocket::errorOccurred, this, &MyClass::onError);// 连接服务器
tcpSocket->connectToHost("127.0.0.1", 8888);// 槽函数
void MyClass::onConnected() {qDebug() << "Connected to server!";tcpSocket->write("Hello, Server!");
}void MyClass::onReadyRead() {QByteArray data = tcpSocket->readAll();qDebug() << "Received from server:" << data;
}void MyClass::onError(QAbstractSocket::SocketError error) {qDebug() << "Error occurred:" << tcpSocket->errorString();
}

2. UDP 编程

UDP 是一种无连接、不可靠的报文传输协议。

  • QUdpSocket：用于发送和接收 UDP 数据报。
    • 核心方法：
      • bool bind(quint16 port, ...)：绑定到一个本地端口来接收数据报。
      • qint64 writeDatagram(const QByteArray &datagram, const QHostAddress &host, quint16 port)：向指定地址和端口发送数据报。
      • qint64 readDatagram(char *data, qint64 maxSize, QHostAddress *address = nullptr, quint16 *port = nullptr)：读取一个数据报及其发送者的信息。
      • bool hasPendingDatagrams()：判断是否有待处理的数据报。
      • qint64 pendingDatagramSize()：返回下一个待处理数据报的大小。

UDP 编程流程：

  1. 创建 QUdpSocket 对象。
  2. 调用 bind() 绑定一个端口（如果只想发送，可以不绑定；如果想接收，必须绑定）。
  3. 连接 readyRead() 信号到槽函数，处理接收到的数据报。
  4. 使用 writeDatagram() 发送数据。
  5. 在 readyRead() 的槽函数中，使用 readDatagram() 或循环 hasPendingDatagrams() 来读取所有数据报。

示例：接收 UDP 数据报

QUdpSocket *udpSocket = new QUdpSocket(this);
// 绑定到 7755 端口接收所有网卡的数据
if (udpSocket->bind(7755)) {connect(udpSocket, &QUdpSocket::readyRead, this, &MyClass::readPendingDatagrams);
}void MyClass::readPendingDatagrams() {while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {QByteArray datagram;datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());QHostAddress sender;quint16 senderPort;udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &sender, &senderPort);qDebug() << "Received from" << sender.toString() << ":" << senderPort<< "Data:" << datagram;}
}// 发送 UDP 数据报
QByteArray data = "Hello UDP!";
udpSocket->writeDatagram(data, QHostAddress("192.168.1.100"), 7755);

3. HTTP 编程 (高级 API)

Qt 使用 QNetworkAccessManager (NAM) 来处理 HTTP、HTTPS 等协议请求，它是异步且高度封装的。

  • QNetworkAccessManager：协调网络操作的中心类。它本身不处理数据，而是创建 QNetworkReply 对象来代表一个网络请求。

    • 核心方法：
      • QNetworkReply *get(const QNetworkRequest &request)：发起 GET 请求。
      • QNetworkReply *post(const QNetworkRequest &request, const QByteArray &data)：发起 POST 请求，可提交数据。
      • QNetworkReply *put(const QNetworkRequest &request, const QByteArray &data)：发起 PUT 请求。
      • QNetworkReply *deleteResource(const QNetworkRequest &request)：发起 DELETE 请求。
    • 重要信号：
      • void finished(QNetworkReply *reply)：当一个网络请求完成时发射（无论成功失败）。

  • QNetworkRequest：封装一个网络请求的信息，如 URL、头信息（Header）、属性等。

    • 常用设置：setUrl(const QUrl &url), setHeader(QNetworkRequest::KnownHeaders header, const QVariant &value)。

  • QNetworkReply：代表一个正在进行的或已完成的网络请求。它继承自 QIODevice，所以数据也是异步读取的。

    • 核心方法/属性：
      • QByteArray readAll() / read()：读取服务器返回的数据。
      • QUrl url()：返回请求的 URL。
      • QVariant attribute(QNetworkRequest::Attribute code)：获取请求的属性（如状态码）。
      • QNetworkReply::NetworkError error()：返回错误类型。
      • QString errorString()：返回错误描述。
    • 重要信号：
      • void readyRead()：有数据可读时发射（适合流式数据）。
      • void downloadProgress(qint64 bytesReceived, qint64 bytesTotal)：下载进度变化时发射。
      • void uploadProgress(qint64 bytesSent, qint64 bytesTotal)：上传进度变化时发射。
      • void finished()：请求完成时发射（与 QNetworkAccessManager::finished 同步）。

HTTP 编程流程 (GET 示例)：

  1. 创建一个 QNetworkAccessManager 对象（通常一个应用一个实例即可）。
  2. 构建一个 QNetworkRequest，设置其 URL 和头信息。
  3. 调用 QNetworkAccessManager::get() 等方法，发起请求，并获取返回的 QNetworkReply 对象指针。
  4. 将 QNetworkReply 的 finished(), readyRead(), errorOccurred() 等信号连接到槽函数。
  5. 在 finished() 的槽函数中，检查回复是否有错误，然后读取数据。注意： QNetworkReply 对象需要在槽函数中自行删除，调用 deleteLater() 是安全的做法。

示例：发起一个简单的 GET 请求

// 在类头文件中声明
QNetworkAccessManager *manager;// 在构造函数中初始化
manager = new QNetworkAccessManager(this);
connect(manager, &QNetworkAccessManager::finished, this, &MyClass::onReplyFinished);// 发起请求
QUrl url("https://XXX.com/data");
QNetworkRequest request(url);
// 可以设置头信息，例如 User-Agent
request.setHeader(QNetworkRequest::UserAgentHeader, "MyQtApp/1.0");
QNetworkReply *reply = manager->get(request);// 可选的：连接reply本身的信号来跟踪进度
connect(reply, &QNetworkReply::downloadProgress, this, &MyClass::onDownloadProgress);// 请求完成的槽函数
void MyClass::onReplyFinished(QNetworkReply *reply) {if (reply->error() == QNetworkReply::NoError) {QByteArray response_data = reply->readAll();// 处理 response_data，可能是 JSON、XML 或 HTMLqDebug() << "Response:" << response_data;} else {qDebug() << "Error:" << reply->errorString();}// 清理 reply 对象reply->deleteLater();
}

POST 请求示例（提交 JSON 数据）：

QNetworkRequest request(QUrl("https://XXX.com/submit"));
request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, "application/json");QJsonObject jsonObject;
jsonObject["name"] = "Qt";
jsonObject["version"] = 5;
QJsonDocument doc(jsonObject);
QByteArray jsonData = doc.toJson();QNetworkReply *reply = manager->post(request, jsonData);

三、 高级主题与最佳实践

  1. 线程与网络：

    • QNetworkAccessManager 和套接字对象通常生活在创建它们的线程中，并且该线程必须运行事件循环。
    • 对于耗时操作（如处理大量接收到的数据），最好将数据处理工作移到工作线程（QThread）中，避免阻塞主线程（GUI线程）。
    • 可以在工作线程中创建自己的 QNetworkAccessManager，但需要确保该线程运行着事件循环。

  2. 数据编码：

    • 网络传输的是字节流。QString 需要转换为 QByteArray 才能发送。
    • 常用转换：QString::toUtf8(), QString::fromUtf8()。确保收发双方使用相同的编码。

  3. 处理粘包（TCP）：

    • TCP 是流协议，没有消息边界。readyRead() 信号只表示有数据到达，不保证是一条完整的“消息”。
    • 解决方案：设计应用层协议。常用方法：
      • 定长协议：每条消息固定长度。
      • 分隔符协议：用特殊字符（如 \n）分隔消息。使用 QIODevice::canReadLine() 和 readLine()。
      • 定长头+变长体协议：消息由一个固定大小的头部（包含消息体长度）和变长的body组成。先读头部，解析出长度，再读取指定长度的body。

  4. SSL/TLS 支持：

    • Qt 提供了 QSslSocket，它是 QTcpSocket 的 SSL 加密版本，用法几乎完全相同。
    • 需要在项目文件中添加 QT += network（已包含）。
    • 使用 QSslSocket::connectToHostEncrypted() 来建立安全连接。
    • 可以处理证书验证相关的信号，如 sslErrors()。

  5. 代理支持：

    • Qt 网络模块透明地支持系统代理设置。
    • 也可以使用 QNetworkProxy 类来为单个套接字或全局（QNetworkProxy::setApplicationProxy）设置自定义代理。

四、总结

需求/协议推荐使用的Qt类特点
可靠流传输 (TCP)QTcpServer, QTcpSocket面向连接，可靠，需要处理粘包
快速报文传输 (UDP)QUdpSocket无连接，不可靠，效率高，需处理丢包和乱序
Web 请求 (HTTP/HTTPS)QNetworkAccessManager, QNetworkRequest, QNetworkReply高级 API，异步，支持方法、头、Cookie、代理等
安全传输 (SSL/TLS)QSslSocket (替代 QTcpSocket)在 TCP 基础上提供加密和认证

Qt 的网络编程核心思想是 异步事件驱动。熟练掌握信号槽机制，并理解 readyRead(), finished() 等关键信号的触发时机，是编写高效、健壮网络应用的关键。建议从简单的 TCP 回显服务器/客户端或 HTTP GET 请求例子开始实践，逐步深入到更复杂的应用。

http://www.dtcms.com/a/343075.html

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