1 -> 概述

UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是一種無連接的、不可靠但高效的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。它不保證數(shù)據(jù)包的順序、完整性或可達(dá)性，但由于沒有建立連接和確認(rèn)機(jī)制，傳輸速度較快，適合實(shí)時(shí)性要求高、允許少量丟包的應(yīng)用場景，如音視頻流、在線游戲、DNS查詢等。

Qt 作為一個(gè)跨平臺(tái)的C++應(yīng)用程序框架，對網(wǎng)絡(luò)編程提供了良好的封裝。Qt Network 模塊中的 QUdpSocket 類提供了UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使開發(fā)者能夠輕松實(shí)現(xiàn)基于UDP的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。

2 -> Qt UDP Socket 核心類

在Qt中實(shí)現(xiàn)UDP通信主要涉及兩個(gè)核心類：

2.1 ->QUdpSocket

• 表示一個(gè)UDP socket，用于綁定端口、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)。
• 繼承自 QAbstractSocket，屬于Qt Network模塊。
• 支持IPv4和IPv6。

2.2 ->QNetworkDatagram

• 表示一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)，封裝了數(shù)據(jù)內(nèi)容、發(fā)送/接收方的IP地址和端口信息。
• 提供了便捷的方法來獲取和構(gòu)造數(shù)據(jù)報(bào)。

3 -> 核心API詳解

3.1 ->QUdpSocket類的主要方法

3.1.1 ->bind(const QHostAddress &address, quint16 port)

• 功能：將socket綁定到指定的IP地址和端口。
• 參數(shù)：
  • address：綁定的IP地址，如 QHostAddress::Any 表示綁定到所有可用地址。
  • port：綁定的端口號。
• 返回值：布爾類型，表示綁定是否成功。
• 說明：綁定后，socket開始監(jiān)聽該端口的數(shù)據(jù)報(bào)。

3.1.2 ->receiveDatagram()

• 功能：接收一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)。
• 返回值：QNetworkDatagram 對象，包含接收到的數(shù)據(jù)、發(fā)送方地址和端口。
• 說明：通常與 readyRead 信號配合使用，在數(shù)據(jù)可讀時(shí)調(diào)用。

3.1.3 ->writeDatagram(const QNetworkDatagram &datagram)

• 功能：發(fā)送一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)。
• 參數(shù)：QNetworkDatagram 對象，包含要發(fā)送的數(shù)據(jù)、目標(biāo)地址和端口。
• 返回值：發(fā)送的字節(jié)數(shù)，若出錯(cuò)返回-1。

3.1.4 ->readyRead信號

• 觸發(fā)時(shí)機(jī)：當(dāng)socket接收到數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備好讀取時(shí)發(fā)出。
• 用途：通常連接到一個(gè)槽函數(shù)，在該函數(shù)中調(diào)用 receiveDatagram() 處理數(shù)據(jù)。

3.2 ->QNetworkDatagram類的主要方法

3.2.1 -> 構(gòu)造函數(shù)QNetworkDatagram(const QByteArray &data, const QHostAddress &address, quint16 port)

• 功能：構(gòu)造一個(gè)用于發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)。
• 參數(shù)：
  • data：要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
  • address：目標(biāo)IP地址。
  • port：目標(biāo)端口。

3.2.2 ->data()

• 功能：獲取數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
• 返回值：QByteArray 類型。

3.2.3 ->senderAddress()和senderPort()

• 功能：獲取發(fā)送該數(shù)據(jù)報(bào)的源IP地址和端口。
• 說明：適用于接收到的數(shù)據(jù)報(bào)，用于識(shí)別發(fā)送方。

3.2.4 ->destinationAddress()和destinationPort()

• 功能：獲取數(shù)據(jù)報(bào)的目標(biāo)地址和端口。
• 說明：適用于發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)報(bào)。

4 -> UDP Socket 工作流程簡述

1. 創(chuàng)建與綁定：

   • 創(chuàng)建 QUdpSocket 對象。
   • 調(diào)用 bind() 綁定本地地址和端口。

2. 接收數(shù)據(jù)：

   • 連接 readyRead 信號到自定義槽函數(shù)。
   • 在槽函數(shù)中調(diào)用 receiveDatagram() 獲取數(shù)據(jù)報(bào)。

3. 發(fā)送數(shù)據(jù)：

   • 構(gòu)造 QNetworkDatagram 對象，填入數(shù)據(jù)、目標(biāo)地址和端口。
   • 調(diào)用 writeDatagram() 發(fā)送。

4. 錯(cuò)誤處理：

   • 可通過 error() 和 errorString() 獲取錯(cuò)誤信息。
   • 建議在關(guān)鍵操作后檢查返回值。

5 -> 注意事項(xiàng)

• 數(shù)據(jù)報(bào)大小限制：UDP數(shù)據(jù)報(bào)大小通常不超過64KB（包括IP頭部），實(shí)際應(yīng)用中建議控制在1500字節(jié)以內(nèi)以避免分片。
• 無序與丟包：UDP不保證數(shù)據(jù)順序和可靠性，需在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)必要的確認(rèn)、重傳或排序機(jī)制。
• 多播與廣播：QUdpSocket 支持多播和廣播，可通過 joinMulticastGroup() 等方法實(shí)現(xiàn)。
• 線程安全：Qt網(wǎng)絡(luò)類通常建議在同一線程中使用，跨線程訪問需謹(jǐn)慎處理。

6 -> 代碼示例

6.1 -> 回顯服務(wù)端

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

#include <QMessageBox>
#include <QNetworkDatagram>

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

    // 創(chuàng)建對象
    socket = new QUdpSocket(this);

    // 設(shè)置窗口標(biāo)題
    this->setWindowTitle("服務(wù)器");

    // 連接信號槽
    connect(socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &Widget::processRequest);

    // 綁定端口號
    bool ret = socket->bind(QHostAddress::Any, 9090);
    if (!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this, "服務(wù)器啟動(dòng)出錯(cuò)", socket->errorString());
        return;
    }


}

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

void Widget::processRequest()
{
    // 1. 讀取請求并解析
    const QNetworkDatagram& requestDatagram = socket->receiveDatagram();
    QString request = requestDatagram.data();

    // 2. 根據(jù)請求計(jì)算響應(yīng). (由于是回顯服務(wù)器. 響應(yīng)不需要計(jì)算, 就是請求本身)
    const QString& response = process(request);

    // 3. 把響應(yīng)寫回給客戶端
    QNetworkDatagram responseDatagram(response.toUtf8(), requestDatagram.senderAddress(), requestDatagram.senderPort());
    socket->writeDatagram(responseDatagram);

    // 把這次交互的信息, 顯示到界面上
    QString log = "[" + requestDatagram.senderAddress().toString() + QString::number(requestDatagram.senderPort())
             + "]" + "req: " + request + "resp: " + response;
    ui->listWidget->addItem(log);

}

QString Widget::process(const QString &request)
{
    // 由于當(dāng)前是回顯服務(wù)器, 響應(yīng)就是和請求完全一樣
   // 對于一個(gè)成熟的商業(yè)服務(wù)器, 這里請求->響應(yīng)的計(jì)算過程可能是非常復(fù)雜的(業(yè)務(wù)邏輯)
   return request;
}

6.2 -> 回顯客戶端

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

#include <QNetworkDatagram>

// 定義兩個(gè)常量, 描述服務(wù)器的 地址 和 端口
const QString& SERVER_IP = "127.0.0.1";
const quint16 SERVER_PORT = 9090;

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

    socket = new QUdpSocket(this);

    // 修改窗口標(biāo)題
    this->setWindowTitle("客戶端");

    // 通過信號槽, 來處理服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)
    connect(socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &Widget::processResponse);
}

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


void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    // 1. 獲取到輸入框的內(nèi)容
    QString text = ui->lineEdit->text();

    // 2. 構(gòu)造 UDP 的請求數(shù)據(jù)
    QNetworkDatagram requestDatagram(text.toUtf8(), QHostAddress(SERVER_IP), SERVER_PORT);

    // 3. 發(fā)送請求數(shù)據(jù)
    socket->writeDatagram(requestDatagram);

    // 4. 把發(fā)送的請求也添加到列表框中
    ui->listWidget->addItem("客戶端說: " + text);

    // 5. 清空輸入框
    ui->lineEdit->setText("");

}

void Widget::processResponse()
{
    // 通過這個(gè)函數(shù)來處理收到的響應(yīng).
    // 1. 讀取到響應(yīng)數(shù)據(jù)
    const QNetworkDatagram responseDatagram = socket->receiveDatagram();
    QString response = responseDatagram.data();

    // 2. 把響應(yīng)數(shù)據(jù)顯示到界面上
    ui->listWidget->addItem("服務(wù)器說: " + response);
}

7 -> 總結(jié)

Qt 的 QUdpSocket 和 QNetworkDatagram 類為UDP網(wǎng)絡(luò)編程提供了簡潔而強(qiáng)大的封裝。通過它們，開發(fā)者可以快速實(shí)現(xiàn)基于UDP的通信功能，適用于實(shí)時(shí)性高、允許丟包的場景。盡管UDP本身不可靠，但結(jié)合適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)，仍可構(gòu)建穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

Qt Network模塊的跨平臺(tái)特性使得同一套代碼可在Windows、Linux、macOS等系統(tǒng)中運(yùn)行，極大提升了開發(fā)效率。在實(shí)際項(xiàng)目中，若需更可靠的通信，可考慮使用TCP；若追求低延遲和高實(shí)時(shí)性，UDP則是更佳選擇。

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