Qt簡(jiǎn)單編程實(shí)現(xiàn)UDP通訊

更新時(shí)間：2024年04月19日 08:36:22 作者：三號(hào)原子

UDP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是一個(gè)面向無(wú)連接的傳輸層報(bào)文協(xié)議,它簡(jiǎn)單易用,不存在?TCP協(xié)議“粘包”的問(wèn)題,下面我們就來(lái)看看如何使用qt簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)UDP通訊吧

UDP通訊

UDP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是一個(gè)面向無(wú)連接的傳輸層報(bào)文協(xié)議，它簡(jiǎn)單易用，不存在 TCP協(xié)議“粘包”的問(wèn)題，在強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)、主動(dòng)推送的系統(tǒng)中，常常用 UDP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)雙方的通信。在 Qt 中，QUdpSocket 類提供了 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)的通信支持,下面通過(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子介紹Qt下 UDP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

模擬網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常定義的數(shù)據(jù)報(bào)文結(jié)構(gòu)：

字節(jié)	1~4	5~8	9~12	13~16	17~20
定義	序號(hào)	小時(shí)	分鐘	秒	毫秒

#pragma pack(push) //保存對(duì)齊狀態(tài)
#pragma pack(4) //設(shè)定為4字節(jié)對(duì)齊
struct DataStruct{
    unsigned int index;//序號(hào)
    int hour;//小時(shí)
    int minute;//分鐘
    int second;//秒
    int msec;//毫秒
};
union NetBuffer{
    DataStruct data;
    char dataBuffer[20];
};
#pragma pack(pop) //恢復(fù)對(duì)齊狀態(tài)

這里用了一個(gè)聯(lián)合定義的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文的設(shè)置和解析。

需要在 *.pro 工程文件中添加 network 選項(xiàng) ：

QT +=core gui network

基于主窗口的實(shí)現(xiàn)

UDP報(bào)文的發(fā)送比較隨意，可以在程序的任何需要的時(shí)候和位置發(fā)送 UDP報(bào)文，為了演示的簡(jiǎn)單，本例子中設(shè)置了主窗口的定時(shí)器，每秒鐘發(fā)送一次報(bào)文。在接收的時(shí)候，響應(yīng)接收端口 readyRead()信號(hào)，及時(shí)讀取網(wǎng)絡(luò)協(xié)議緩沖區(qū)的數(shù)值。

1.新建一個(gè)工程，在界面中添加兩個(gè)列表部件，用于顯示發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)：

2. 在頭文件中，添加包含 QNetworkInterface、QHostAddress 和 QudpSocket 模塊，添加網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文的結(jié)構(gòu)定義。在 MainWindow 類定義中，添加需要重載的 timerEvent 定義，添加讀取數(shù)據(jù)報(bào)文操作 readPendingDatagrams 定義，以及主機(jī)地址、發(fā)送和接收 socket和緩沖區(qū)定義。

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
 
#include<QMainWindow>
#include<QtNetwork/QNetworkInterface>
#include<QtNetwork/QHostAddress>
#include<QtNetwork/QUdpSocket>
 
QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACE
 
#pragma pack(push) //保存對(duì)齊狀態(tài)
#pragma pack(4) //設(shè)定為4字節(jié)對(duì)齊
struct DataStruct{
    unsigned int index;//序號(hào)
    int hour;//小時(shí)
    int minute;//分鐘
    int second;//秒
    int msec;//毫秒
};
union NetBuffer{
    DataStruct data;
    char dataBuffer[20];
};
#pragma pack(pop) //恢復(fù)對(duì)齊狀態(tài)
 
class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT
 
public:
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();
    void timerEvent(QTimerEvent * event);
 
public slots:
    void readPendingDatagrams();
    
private:
    Ui::MainWindow *ui;
    QHostAddress hostAddress;
    QUdpSocket udpSendSocket,udpRecvSocket;
    NetBuffer sendBuffer,recvBuffer;
};
#endif // MAINWINDOW_H

3. 在 MainWindow 的構(gòu)造函數(shù)中，獲取本機(jī)地址，綁定發(fā)送和接收 socket，設(shè)置響應(yīng)接收 socket 接收信號(hào)的槽。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    //通過(guò)調(diào)用靜態(tài)方法獲取本機(jī)IP地址
    QList<QHostAddress> addressList = QNetworkInterface::allAddresses();
    hostAddress=addressList.at(0);
    //網(wǎng)絡(luò)端口綁定
    udpSendSocket.bind(hostAddress,7000);
    udpRecvSocket.bind(hostAddress,7001);
    //設(shè)置定時(shí)器
    this->startTimer(1000);
    //初始化發(fā)送計(jì)數(shù)器
    sendBuffer.data.index=0;
    //建立接收 socket 的連接
    QObject::connect(&udpRecvSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(readPendingDatagrams()));
}

4.實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收操作，并在列表中顯示。發(fā)送操作是在定時(shí)器事件響應(yīng)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的，上面已經(jīng)設(shè)置了每秒發(fā)送一次。數(shù)據(jù)接收是在 readPendingDatagrams()函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)接收 socket 一有數(shù)據(jù)報(bào)文包，readPendingDatagrams()就被調(diào)用，讀取網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)，并解析顯示。在這里我們用了聯(lián)合的方法來(lái)解析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便易用。

//在 timeEvent 中設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù),并在列表中顯示
void MainWindow::timerEvent(QTimerEvent * event){
    QTime tm = QTime::currentTime();//獲取當(dāng)前時(shí)間
    sendBuffer.data.hour=tm.hour();
    sendBuffer.data.minute=tm.minute();
    sendBuffer.data.second=tm.second();
    sendBuffer.data.msec=tm.msec();
    //調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)包函數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)
    udpSendSocket.writeDatagram (sendBuffer.dataBuffer,sizeof(sendBuffer),hostAddress,7001);
    QString displaystring;
    displaystring=QString("Index=%1 \nTime=%2:%3:%4.%5\n")
            .arg(sendBuffer.data.index)
            .arg(sendBuffer.data.hour,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.minute,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.second,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.msec,3,10,QChar('0'));
    ui->listWidget->insertItem(0,displaystring);
    sendBuffer.data.index++;
}
 
//在 readPendingDatagrams 槽中,接收數(shù)據(jù)并顯示
void MainWindow::readPendingDatagrams (){
    QHostAddress sender;
    quint16 senderPort;
    //調(diào)用數(shù)據(jù)接接收函數(shù)，接收數(shù)據(jù)
    udpRecvSocket.readDatagram(recvBuffer.dataBuffer,sizeof (recvBuffer),&sender,&senderPort);
    QString displaystring;
    displaystring=QString("Index=%1 \nTime=%2:%3:%4.%5\n").arg (recvBuffer.data.index)
            .arg(recvBuffer.data.hour,2,10,QChar('0'))
            .arg(recvBuffer.data.minute,2,10,QChar('0'))
            .arg(recvBuffer.data.second,2,10,QChar('0'))
            .arg(recvBuffer.data.msec,3,10,QChar('0'));
    ui->listWidget_2->insertItem(0,displaystring);
}

基于線程的實(shí)現(xiàn)

基于窗口部件的 UDP通信實(shí)現(xiàn)，雖然簡(jiǎn)單易用，但是窗口部件主要的工作是負(fù)責(zé)處理大量的用戶界面信息，當(dāng)有耗時(shí)的處理過(guò)程時(shí)，會(huì)影響數(shù)據(jù)的接收，造成丟幀。通常的做法是用獨(dú)立的線程負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，再通過(guò)窗口部件顯示輸出，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中這種應(yīng)用特別廣泛。下面的例子顯示的效果和前面一致，但實(shí)現(xiàn)的機(jī)理是完全不同的。

1.新建工程，在工程中依次新建發(fā)送和接收線程的C++文件 sendthread. h，sendthread. epp 和 reevthread. h，recvthread. cpp：

其中sendthread.h定義：

#include <QWidget>
#include<QThread>
#include<QtNetwork/QNetworkInterface>
#include<QtNetwork/QHostAddress>
#include<QtNetwork/QUdpSocket>
#include "NetBuffer.h" //就是上文定義的數(shù)據(jù)緩沖
class sendthread :public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit sendthread(QWidget *parent=0);
protected:
    void run();
private:
    QHostAddress hostAddress;
    QUdpSocket udpsendsocket;
    NetBuffer sendBuffer;
};
#endif // SENDTHREAD_H

在 sendthread.h中定義了線程需要用到的主機(jī)地址 hostAddress、UDPsocket 端口和發(fā)送緩沖區(qū)，定義了線程需要重載的 run()操作。在 sendthread.cpp 的構(gòu)造函數(shù)中，初始化參數(shù)，獲取本機(jī)地址，綁定 socket 端口：

#include "sendthread.h"
 
sendthread::sendthread(QWidget *parent):
    QThread(parent)
{
    QList<QHostAddress> addresslist=QNetworkInterface::allAddresses();
    hostAddress=addresslist.at(0);
    udpsendsocket.bind(hostAddress,7000);
    sendBuffer.data.index=0;
}

然后重載實(shí)現(xiàn) run()操作。這里要注意的是，由于主窗口的 ui變量是 protected 類型線程不能直接使用，需要線程通過(guò)主窗口的 displaySendData方法，將顯示信息輸出到界面中。

#include<QTime>
void sendthread::run(){
    while(true){
    QTime tm=QTime::currentTime();
    sendBuffer.data.hour=tm.hour();
    sendBuffer.data.minute =tm.minute();
    sendBuffer.data.second =tm.second();
    sendBuffer.data.msec=tm.msec();
    udpsendsocket.writeDatagram(sendBuffer.dataBuffer,sizeof(sendBuffer),hostAddress,7001);
    QString displaystring;
    displaystring=QString("Index=%1\nTime=%2:%3:%4.%5\n")
            .arg(sendBuffer.data.index)
            .arg(sendBuffer.data.hour,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.minute,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.second,2,10,QChar('0'))
            .arg(sendBuffer.data.msec,3,10,QChar('0'));
    ((MainWindow*)this->parent())->DisplaySendData(displaystring);
    sendBuffer.data.index++;
    this->sleep(1);
    }
}

其中 recvthread.h 的定義：

#include <QWidget>
#include<QThread>
#include<QtNetwork/QNetworkInterface>
#include<QtNetwork/QHostAddress>
#include<QtNetwork/QUdpSocket>
#include "NetBuffer.h"
class recvthread: public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit recvthread(QWidget *parent=0);
protected:
    void run();
private:
    QHostAddress hostAddress;
    QUdpSocket udpRecvSocket;
    NetBuffer recvBuffer;
};

和發(fā)送線程類似，定義了主機(jī)地址 hostAddress、UDPsocket 端口和發(fā)送緩沖區(qū)，定義了需要重載的 run()操作。在構(gòu)造函數(shù)中，初始化接收 socket。

recvthread::recvthread(QWidget *parent):
    QThread(parent)
{
    QList<QHostAddress> addresslist=QNetworkInterface::allAddresses();
    hostAddress=addresslist.at(0);
    udpRecvSocket.bind(hostAddress,7001);
}

在 run()中讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并通過(guò)主窗口的 DisplayRecvData方法顯示。注意這里使用了 waitForReadyRead方法以同步方式讀取數(shù)據(jù)，而不是使用信號(hào)和槽的異步方法。當(dāng)沒有新數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，線程處于掛起等待狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，立刻進(jìn)入下一步處理，這種方法響應(yīng)得更及時(shí)快速。

#include"mainwindow.h"
void recvthread::run(){
    while (true){
    if(udpRecvSocket.waitForReadyRead()){
        QHostAddress sender;
        quint16 senderPort;
        udpRecvSocket.readDatagram(recvBuffer.dataBuffer,sizeof(recvBuffer),&sender,&senderPort);
        QString displaystring;
        displaystring=QString("Index=%1\nTime=%2:%3:%4.%5\n")
                .arg(recvBuffer.data.index)
                .arg(recvBuffer.data.hour,2,10,QChar('0'))
                .arg(recvBuffer.data.minute,2,10,QChar('0'))
                .arg(recvBuffer.data.second,2,10,QChar('0'))
                .arg(recvBuffer.data.msec,3,10,QChar('0'));
        ((MainWindow*)this->parent())->DisplayRecvData(displaystring);
    }
}

2.在主窗口中,初始化發(fā)送和接收 socket 線程,定義 DisplaySendData 和 DisplayRecvData操作顯示收發(fā)數(shù)據(jù)。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    sendthread *sendThread=new sendthread(this);
    recvthread *recvTrhead=new recvthread(this);
    recvTrhead->start();
    sendThread->start();
}
 
void MainWindow::DisplaySendData(QString displaystring){
    ui->listWidget->insertItem(0,displaystring);
}
 
void MainWindow::DisplayRecvData(QString displaystring){
    ui->listWidget_2->insertItem(0,displaystring);
}