【Qt初入江湖】Qt QUdpSocket 底层架构、原理详细描述

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Qt QUdpSocket是一个用于实现UDP协议的客户端和服务器端的类，它可以发送和接收数据报（Datagram），提供了丰富的方法和信号来发送和接收数据。QUdpSocket的底层架构由以下几个部分组成：

QUdpSocketPrivate

QUdpSocketPrivate是QUdpSocket的私有类，它负责QUdpSocket的底层实现。QUdpSocketPrivate包含了一个QAbstractSocketEngine类型的成员变量，用于管理底层的套接字通信。在QUdpSocket的构造函数中，会创建一个QUdpSocketPrivate对象，并将其作为QUdpSocket的私有数据。

QAbstractSocketEngine

QAbstractSocketEngine是一个抽象类，它定义了QUdpSocket底层套接字通信的接口。具体的套接字通信实现由各个平台的QAbstractSocketEngine子类来实现。在QUdpSocketPrivate中，会创建一个具体的QAbstractSocketEngine子类对象，用于实现QUdpSocket的底层套接字通信。

QSocketNotifier

QSocketNotifier是一个Qt中用于通知文件描述符状态变化的类，它可以监视文件描述符的读写状态，并在状态发生变化时发送信号通知应用程序。在QUdpSocketPrivate中，会使用QSocketNotifier来监听底层套接字通信的读写状态，并在状态发生变化时发送信号通知QUdpSocket。

下面是 QUdpSocket 的基本实现架构图：

+-------------------+
|      QUdpSocket    |
+-------------------+
| - socketDescriptor|
+-------------------+
          /_\
           |
           | 继承
           |
+-------------------+
|      QAbstractSocket |
+-------------------+
| - socketState     |
| - socketError     |
| - readBuffer      |
| - writeBuffer     |
| - readNotifier    |
| - writeNotifier   |
| - exceptionNotifier|
+-------------------+
          /_\
           |
           | 继承
           |
+-------------------+
|       QObject     |
+-------------------+

可以看出，QUdpSocket 继承自 QAbstractSocket 和 QObject 两个类，其中 QAbstractSocket 提供了基本的套接字操作（如连接、断开连接、发送数据等），而 QObject 则提供了对象的基本功能（如信号和槽、对象名称等）。

在 QUdpSocket 类中，socketDescriptor 属性表示底层使用的套接字描述符，它是一个整数值。QUdpSocket 的构造函数中会通过 socket() 函数创建一个新的套接字，并将其与 socketDescriptor 属性关联起来。QUdpSocket 的 bind() 函数会调用底层的 bind() 函数来将套接字绑定到指定的本地地址和端口上。

QUdpSocket 通过 readNotifier 和 writeNotifier 成员变量来监听套接字的可读和可写事件，当套接字有数据可读或可以写入数据时，就会触发相应的信号（如 readyRead 和 bytesWritten 信号）来通知应用程序。当套接字出现错误时，socketError 信号会被触发，应用程序可以通过该信号来处理错误。

在QUdpSocket中，我们可以使用以下方法来实现UDP客户端和服务器端的通信：

bind()

bind()方法用于将QUdpSocket绑定到指定的IP地址和端口号，使其能够接收来自该IP地址和端口号的数据报。它接受一个QHostAddress类型的参数，表示要绑定的IP地址，以及一个整数参数，表示要绑定的端口号。例如：

QUdpSocket socket;
socket.bind(QHostAddress::Any, 1234);

writeDatagram()

writeDatagram()方法用于向指定的IP地址和端口号发送数据报。它接受一个字节数组作为参数，表示要发送的数据，以及一个QHostAddress类型的参数，表示要发送到的IP地址，以及一个整数参数，表示要发送到的端口号。例如：

QUdpSocket socket;
QByteArray data("Hello, world!");
socket.writeDatagram(data, QHostAddress::Broadcast, 1234);

readDatagram()

readDatagram()方法用于从QUdpSocket接收数据报。它接受两个引用参数，一个是QByteArray类型的引用，表示接收到的数据，另一个是QHostAddress类型的引用，表示发送方的IP地址，以及一个整数引用，表示发送方的端口号。例如：

QUdpSocket socket;
QByteArray buffer;
QHostAddress sender;
quint16 senderPort;
socket.readDatagram(buffer.data(), buffer.size(), &sender, &senderPort);

close()

close()方法用于关闭套接字，它不接受任何参数。例如：

QUdpSocket socket;
socket.close();

error()

error()方法用于获取套接字的错误代码，它返回一个QAbstractSocket::SocketError枚举类型的值。例如：

QUdpSocket socket;
socket.bind(QHostAddress::Any, 1234);
if (socket.waitForReadyRead(5000)) {
    QByteArray buffer;
    QHostAddress sender;
    quint16 senderPort;
    socket.readDatagram(buffer.data(), buffer.size(), &sender, &senderPort);
    qDebug() << "Received datagram from" << sender.toString() << ":" << senderPort;
} else {
    qDebug() << "Error:" << socket.error();
}

以上是QUdpSocket类的主要方法，除此之外还有许多其他方法和信号，可以根据实际需求来使用。下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用QUdpSocket实现UDP客户端和服务器端的通信。

UDP服务器端代码：

#include <QtCore>
#include <QtNetwork>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication app(argc, argv);

    QUdpSocket socket;
    socket.bind(QHostAddress::Any, 1234);

    QObject::connect(&socket, &QUdpSocket::readyRead, [&socket](){
        QByteArray buffer;
        buffer.resize(socket.pendingDatagramSize());

        QHostAddress sender;
        quint16 senderPort;

        socket.readDatagram(buffer.data(), buffer.size(), &sender, &senderPort);

        qDebug() << "Received datagram from" << sender.toString() << ":" << senderPort;
        qDebug() << "Data:" << buffer;
    });

    return app.exec();
}

UDP客户端代码：

#include <QtCore>
#include <QtNetwork>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication app(argc, argv);

    QUdpSocket socket;

    QByteArray data("Hello, world!");
    socket.writeDatagram(data, QHostAddress::LocalHost, 1234);

    return app.exec();
}

在上面的示例中，UDP服务器端使用bind()方法将QUdpSocket绑定到本地IP地址和端口号1234，然后使用readyRead()信号监听数据的到达。当有数据到达时，会使用readDatagram()方法接收数据，并输出发送方的IP地址和端口号，以及接收到的数据。

UDP客户端使用writeDatagram()方法向本地IP地址发送数据报，目标端口号为1234。

UDP是一种无连接的协议，因此在使用QUdpSocket发送和接收数据时，不需要建立连接。每次发送和接收数据都是独立的操作，不会受到之前或之后的数据的影响。

【Qt初入江湖】Qt QUdpSocket 底层架构、原理详细描述

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