[Qt] 基于Tcp协议的聊天室实现

时间：2017年6月21日

一、写在前面：

        平时做图形学的东西多一些，虽然一直对网络编程很感兴趣，但是没有什么机会去尝试一下。最近正好赶上期末的课程实习，然后就参考Qt官方的 Network Programming References，写了一个局域网群聊软件，还算比较好看吧~ ，因为是自己的提交的作业，所以比较简陋将就一下，主要功能有：

        （1） 用户注册与登录

        （2） 多用户加入聊天室聊天。

        （3） 找回密码等服务功能。

二、在正文开始之前，先贴一下我的实现结果：

（1） 【客户端】  聊天室聊天界面

       包含“用户的基本信息”、“聊天窗口”、“当前在线用户表”。截图中有四个用户同时在线。

           、

           

（2） 【服务器】 

          负责管理用户信息、转发聊天消息等功能。截图为上图时刻的服务器状态。

   

（3） 【客户端】  用户登录

     

三、【原理】 基于Qt实现Tcp协议的聊天室简单Demo

1. 关于Tcp协议：

      TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。Qt对其提供了简单的封装，当然用windows API或Linux的<sys/socket.h>都能够轻松实现。

      TCP协议被称为面向连接的通信协议。原因是TCP协议的传输依赖于TCP连接。一个TCP连接，由两个套接字（socket）组成，分别位于数据传输的两端（在这里为客户端、服务器），字节流数据通过Tcp连接发送一对一消息。

2. 聊天室的通信流程：

    首先，启动一个服务器（Server），并使其监听（listen）服务器端的某个端口（port）。

    当Server收到某个客户端的socket发出的“建立连接”请求时，Server便在本地创建一个客户端socket的本地代理（也是一个socket），这样一个TCP连接便创建成功。 当然，服务器可以通过这个本地代理（socket）向服务器发送消息，而客户端也可以通过自己的socket与服务器方的代理socket发送消息。

    如果允许多个客户端连接到Server，那么可以用一个链表管理所有Server端的socket。

    我画了一个上述过程的流程图，如下：

3. Qt中的Tcp通信

       在Qt中，套接字由QTcpSocket支持，服务器由QTcpServer支持。关于这些类的具体信息可以在Qt的官方帮助文档（Qt Assistance）中查询到。

       在使用Qt的Network模块之前，先需要连接Qt的网络库文件。可在pro文件中，添加如下代码实现：

                  QT    += network

【3.1】QTcpServer的主要函数：

   boolQTcpServer::listen(const QHostAddress& address = QHostAddress::Any, quint16port = 0);          

      [Qt Assistance] Tells the server to listen for incoming connections on address and port. If port is 0, a port is chosen automatically. If address is QHostAddress::Any, the server will listen on all network interfaces.Returns true on success; otherwise returns false.

     告诉server他要监听来自哪里的连接和端口。如果address为QHostAddress::Any，server将会监听所有网络的连接请求，端口可以取没有被占用的任意端口号（如：19999）

   QTcpSocket* QTcpServer::nextPendingConnection()                            

    [Qt Assistance] Returns the next pending connection as a connected QTcpSocket object.

   返回服务器下一个已申请建立连接，但还未处理的socket。

【3.2】QTcpSocket的主要函数：

     voidQSocket::connectToHost(const QHostAddress & address, quint16 port, OpenMode openMode = ReadWrite)

     [Qt Assistance] Attempts to make a connection to address on port.

   尝试连接到IP地址为address，端口号为port的服务器。

     voidQAbstractSocket::abort()

     [Qt Assistance]  Aborts the current connection and resets the socket. 

     中断当前连接，并重置socket。

     读写操作：QTcpSocket::write(const char*)、QTcpSocket::writeAll(const char*)

4. 一个基于TCP协议的局域网聊天室的简单demo的具体代码和下载连接：

demo程序下载连接：  http://download.csdn.net/detail/mahabharata_/9877757

demo程序功能简介：该示例包含TcpClient和TcpServer两个程序。TcpClient为通信客户端，可以同时开启多个，TcpServer为服务器，用于实现消息的中继和转发。

demo程序演示图：

demo程序的主干代码：

（1） 客户端程序 TcpClient

// 程序：TcpClient
// 头文件：clientWindow.h

#ifndef CLIENTWINDOW_H
#define CLIENTWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QTcpSocket>
#include <QHostAddress>

namespace Ui {
class ClientWindow;
}

class ClientWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit ClientWindow(QWidget *parent = 0);
    ~ClientWindow();

    QTcpSocket* m_socket;      // 客户端套接字

    void connectToServer();    // 连接到服务器

private slots:
    void slot_readMessage();   // 处理接收服务器方发送的消息
    void slot_btnSendMsg();    // 点击发送按钮后，后发送消息


private:
    Ui::ClientWindow *ui;
};

#endif // CLIENTWINDOW_H

// 程序：TcpClient
// 源文件：clientWindow.cpp

#include "clientwindow.h"
#include "ui_clientwindow.h"

ClientWindow::ClientWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::ClientWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    connectToServer();
    // do other things
}

void ClientWindow::connectToServer()
{
    m_socket = new QTcpSocket(this);

    //连接到服务器

    // 尝试连接到IP为"127.0.0.1" & 端口号为19999服务器
    // 如果想要实现局域网通信, 只需将第一个IP地址设置为“服务器”所在主机的IP地址即可
    // 如  m_socket->connectToHost("170.29.19.65", 19999);
    m_socket->connectToHost(QHostAddress::LocalHost, 9999);

    connect(m_socket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(slot_readMessage()));   // 告诉socket, 要用slot_readMessage()去处理接收的消息.

    connect(ui->pushButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(slot_btnSendMsg()));
}

void ClientWindow::slot_readMessage()   // 只会在socket接收到server消息时调用
{
    QString str = m_socket->readAll().data();


    ui->textBrowser->setText(ui->textBrowser->toPlainText() + "\n" + str);
}

void ClientWindow::slot_btnSendMsg()
{
    QString str = ui->lineEdit->text();

    m_socket->write(str.toStdString().data());    // Exception

    ui->lineEdit->clear();
}

ClientWindow::~ClientWindow()
{
    delete ui;
}

（2） 服务器端程序：TcpServer

// 程序：TcpClient
// 头文件：serverWindow.h

#ifndef SERVERWINDOW_H
#define SERVERWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QTcpSocket>
#include <QTcpServer>

namespace Ui {
class ServerWindow;
}

class ServerWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit ServerWindow(QWidget *parent = 0);
    ~ServerWindow();

    QTcpServer* m_server;

    QList<QTcpSocket*> m_sockets;   // 连接到server的所有客户.  链表方式, 在服务器端的一个备份(客户端的socket)

    void startServer();    // 启动一个server
public slots:
    void slot_newConnection();    //  对应客户端的 connectToHost();

    void slot_readMessage();   // 每一个socket绑定


private:
    Ui::ServerWindow *ui;
};

#endif // SERVERWINDOW_H

// 程序：TcpClient
// 源文件：serverWindow.cpp

#include "serverwindow.h"
#include "ui_serverwindow.h"

ServerWindow::ServerWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::ServerWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    startServer();
}

void ServerWindow::startServer()
{
    m_server = new QTcpServer(this);

    m_server->listen(QHostAddress::Any, 19999);

    connect(m_server,SIGNAL(newConnection()),this,SLOT(slot_newConnection()));  //
}

void ServerWindow::slot_newConnection()
{
    // 把新加入的socket放入链表中
    QTcpSocket* socket = m_server->nextPendingConnection();

    m_sockets.push_back(socket);

    connect(socket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(slot_readMessage()));
}

// 每一个socket处理收到消息的函数
void ServerWindow::slot_readMessage()
{
    QTcpSocket* socket = (QTcpSocket*)QObject::sender();  // 获得是哪个socket收到了消息

    QString str = socket->readAll().data();

    for(int i=0; i<m_sockets.size(); i++)
    {
        m_sockets[i]->write(str.toStdString().data());
    }
}

ServerWindow::~ServerWindow()
{
    delete ui;
}