Qt简单编程实现UDP通讯

UDP通讯

UDP数据报协议是一个面向无连接的传输层报文协议，它简单易用，不存在 TCP协议“粘包”的问题，在强调实时、主动推送的系统中，常常用 UDP协议来实现网络双方的通信。在 Qt 中，QUdpSocket 类提供了 UDP 数据报的通信支持,下面通过两个简单的例子介绍Qt下 UDP 协议的实现。

模拟网络上经常定义的数据报文结构：

#pragma pack(push) //保存对齐状态
#pragma pack(4) //设定为4字节对齐
struct DataStruct{
    unsigned int index;//序号
    int hour;//小时
    int minute;//分钟
    int second;//秒
    int msec;//毫秒
};
union NetBuffer{
    DataStruct data;
    char dataBuffer[20];
};
#pragma pack(pop) //恢复对齐状态

这里用了一个联合定义的数据缓冲区，便于进行数据报文的设置和解析。

需要在 *.pro 工程文件中添加 network 选项 ：

QT +=core gui network

基于主窗口的实现

UDP报文的发送比较随意，可以在程序的任何需要的时候和位置发送 UDP报文，为了演示的简单，本例子中设置了主窗口的定时器，每秒钟发送一次报文。在接收的时候，响应接收端口 readyRead()信号，及时读取网络协议缓冲区的数值。

1.新建一个工程，在界面中添加两个列表部件，用于显示发送和接收的数据：

2. 在头文件中，添加包含 QNetworkInterface、QHostAddress 和 QudpSocket 模块，添加网络数据报文的结构定义。在 MainWindow 类定义中，添加需要重载的 timerEvent 定义，添加读取数据报文操作 readPendingDatagrams 定义，以及主机地址、发送和接收 socket和缓冲区定义。

#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) //保存对齐状态
#pragma pack(4) //设定为4字节对齐
struct DataStruct{
    unsigned int index;//序号
    int hour;//小时
    int minute;//分钟
    int second;//秒
    int msec;//毫秒
};
union NetBuffer{
    DataStruct data;
    char dataBuffer[20];
};
#pragma pack(pop) //恢复对齐状态
 
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 的构造函数中，获取本机地址，绑定发送和接收 socket，设置响应接收 socket 接收信号的槽。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    //通过调用静态方法获取本机IP地址
    QList<QHostAddress> addressList = QNetworkInterface::allAddresses();
    hostAddress=addressList.at(0);
    //网络端口绑定
    udpSendSocket.bind(hostAddress,7000);
    udpRecvSocket.bind(hostAddress,7001);
    //设置定时器
    this->startTimer(1000);
    //初始化发送计数器
    sendBuffer.data.index=0;
    //建立接收 socket 的连接
    QObject::connect(&udpRecvSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(readPendingDatagrams()));
}

4.实现发送和接收操作，并在列表中显示。发送操作是在定时器事件响应函数中实现的，上面已经设置了每秒发送一次。数据接收是在 readPendingDatagrams()函数中实现的，当接收 socket 一有数据报文包，readPendingDatagrams()就被调用，读取网络接收到的数据，并解析显示。在这里我们用了联合的方法来解析网络数据结构，方便易用。

//在 timeEvent 中设置发送数据,并在列表中显示
void MainWindow::timerEvent(QTimerEvent * event){
    QTime tm = QTime::currentTime();//获取当前时间
    sendBuffer.data.hour=tm.hour();
    sendBuffer.data.minute=tm.minute();
    sendBuffer.data.second=tm.second();
    sendBuffer.data.msec=tm.msec();
    //调用发送数据包函数，发送数据
    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,接收数据并显示
void MainWindow::readPendingDatagrams (){
    QHostAddress sender;
    quint16 senderPort;
    //调用数据接接收函数，接收数据
    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);
}

基于线程的实现

基于窗口部件的 UDP通信实现，虽然简单易用，但是窗口部件主要的工作是负责处理大量的用户界面信息，当有耗时的处理过程时，会影响数据的接收，造成丢帧。通常的做法是用独立的线程负责网络数据的发送和接收，再通过窗口部件显示输出，在实时系统中这种应用特别广泛。下面的例子显示的效果和前面一致，但实现的机理是完全不同的。

1.新建工程，在工程中依次新建发送和接收线程的C++文件 sendthread. h，sendthread. epp 和 reevthread. h，recvthread. cpp：

其中sendthread.h定义：

#include <QWidget>
#include<QThread>
#include<QtNetwork/QNetworkInterface>
#include<QtNetwork/QHostAddress>
#include<QtNetwork/QUdpSocket>
#include "NetBuffer.h" //就是上文定义的数据缓冲
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中定义了线程需要用到的主机地址 hostAddress、UDPsocket 端口和发送缓冲区，定义了线程需要重载的 run()操作。在 sendthread.cpp 的构造函数中，初始化参数，获取本机地址，绑定 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;
}

然后重载实现 run()操作。这里要注意的是，由于主窗口的 ui变量是 protected 类型线程不能直接使用，需要线程通过主窗口的 displaySendData方法，将显示信息输出到界面中。

#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 的定义：

#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;
};

和发送线程类似，定义了主机地址 hostAddress、UDPsocket 端口和发送缓冲区，定义了需要重载的 run()操作。在构造函数中，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()中读取网络数据，并通过主窗口的 DisplayRecvData方法显示。注意这里使用了 waitForReadyRead方法以同步方式读取数据，而不是使用信号和槽的异步方法。当没有新数据到来时，线程处于挂起等待状态，当有数据到达时，立刻进入下一步处理，这种方法响应得更及时快速。

#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,初始化发送和接收 socket 线程,定义 DisplaySendData 和 DisplayRecvData操作显示收发数据。

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);
}