1 -> 概述

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接、可靠、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。在 Qt 框架中，TCP 網絡編程主要通過 QTcpServer 和 QTcpSocket 兩個核心類來實現(xiàn)，它們封裝了底層 Socket 的復雜性，提供了面向對象、事件驅動的高級 API，大大簡化了網絡應用的開發(fā)過程。

Qt 的網絡模塊是跨平臺的，這意味著使用 Qt 編寫的 TCP 程序可以在 Windows、Linux、macOS 等操作系統(tǒng)上運行而無需修改代碼，這對于需要部署在多種環(huán)境下的應用程序來說是一個巨大的優(yōu)勢。

在 Qt 中進行 TCP 編程，本質上是在構建客戶端-服務器模型。服務器負責監(jiān)聽指定端口、接受客戶端連接請求并與客戶端進行數據交換；客戶端則主動發(fā)起連接，與服務器建立通信鏈路并進行數據傳輸。Qt 的信號與槽機制非常適合處理網絡事件，例如連接建立、數據到達、連接斷開等，使得程序邏輯清晰、易于維護。

2 -> 核心 API 詳解

2.1 -> QTcpServer

QTcpServer 類用于創(chuàng)建一個 TCP 服務器，其主要職責是監(jiān)聽指定 IP 地址和端口，接受傳入的連接請求，并為每個連接創(chuàng)建一個獨立的 QTcpSocket 對象來處理后續(xù)通信。

2.1.1 -> 關鍵方法

• bool listen(const QHostAddress &address = QHostAddress::Any, quint16 port = 0)
  啟動服務器監(jiān)聽。

  • address：監(jiān)聽的 IP 地址，QHostAddress::Any 表示監(jiān)聽所有網絡接口。
  • port：端口號，如果設為 0，系統(tǒng)會自動分配一個可用端口。
  • 返回值：成功監(jiān)聽返回 true，否則返回 false（可通過 errorString() 獲取錯誤信息）。

• QTcpSocket *nextPendingConnection()
  獲取下一個等待處理的客戶端連接。
  該方法返回一個已建立連接的 QTcpSocket 對象，該對象由 QTcpServer 內部創(chuàng)建并管理，用于后續(xù)與對應客戶端的數據交換。
  注意：每次調用都應檢查返回值是否為 nullptr。

2.1.2 -> 關鍵信號

• void newConnection()
  當有新的客戶端連接成功時觸發(fā)此信號。通常在此信號的槽函數中調用 nextPendingConnection() 獲取新連接并進行初始化設置（如連接信號槽、保存 socket 對象等）。

2.1.3 -> 工作流程簡述

1. 創(chuàng)建 QTcpServer 對象。
2. 調用 listen() 綁定端口并開始監(jiān)聽。
3. 連接 newConnection() 信號到自定義槽函數。
4. 在槽函數中通過 nextPendingConnection() 獲取客戶端 socket。
5. 為獲取到的 socket 連接相關信號（如 readyRead、disconnected），實現(xiàn)業(yè)務邏輯。

2.2 -> QTcpSocket

QTcpSocket 類代表一個 TCP 連接，既可用于客戶端發(fā)起連接，也可用于服務器端處理某個具體客戶端的通信。它繼承自 QAbstractSocket，并間接繼承自 QIODevice，因此可以像文件一樣進行讀寫操作。

2.2.1 -> 關鍵方法

• void connectToHost(const QString &hostName, quint16 port, OpenMode openMode = ReadWrite)
  （客戶端使用）連接到指定的服務器。

  • hostName：主機名或 IP 地址。
  • port：目標端口。
  • openMode：打開模式，通常為 ReadWrite。

• qint64 read(char *data, qint64 maxSize) / QByteArray readAll() / QByteArray read(qint64 maxSize)
  從接收緩沖區(qū)讀取數據。readAll() 會讀取所有當前可用的數據，返回 QByteArray 對象。

• qint64 write(const char *data, qint64 size) / qint64 write(const QByteArray &data)
  向連接中寫入數據。數據會被放入發(fā)送緩沖區(qū)，由 Qt 在后臺異步發(fā)送。

• void disconnectFromHost()
  主動斷開連接。斷開過程是異步的，可配合 disconnected() 信號使用。

• void abort()
  立即中止連接，丟棄所有未發(fā)送或未接收的數據。

2.2.2 -> 關鍵信號

• void connected()
  成功連接到遠程主機后觸發(fā)。

• void disconnected()
  連接斷開時觸發(fā)（可能是遠程主機關閉、網絡故障或主動斷開）。

• void readyRead()
  當有新的數據到達并可供讀取時觸發(fā)。由于 TCP 是流式協(xié)議，數據可能分多次到達，通常在此信號的槽函數中循環(huán)讀取直到 bytesAvailable() 為 0。

• void bytesWritten(qint64 bytes)
  當部分數據被成功寫入底層 socket 時觸發(fā)，可用于實現(xiàn)發(fā)送進度指示或流量控制。

2.2.3 -> 關鍵屬性與狀態(tài)

• state()
  返回 socket 的當前狀態(tài)（如 UnconnectedState、ConnectedState 等）。

• error() 與 errorString()
  獲取最后一次發(fā)生的錯誤代碼及描述。

• peerAddress() 與 peerPort()
  獲取遠程對端的 IP 地址和端口號（在連接建立后有效）。

2.3 -> QByteArray 與 QString 的轉換

由于網絡傳輸的是字節(jié)流，而 Qt 程序中常使用 QString 處理文本，因此兩者間的轉換非常常見：

• QString → QByteArray

  QString str = "Hello";
  QByteArray data = str.toUtf8(); // 常用 UTF-8 編碼
  

• QByteArray → QString

  QByteArray data = ...;
  QString str = QString::fromUtf8(data);
  

3 -> 通信流程概述

3.1 -> 服務器端典型流程

1. 創(chuàng)建 QTcpServer，監(jiān)聽指定端口。
2. 在 newConnection() 槽中接受新連接，獲取 QTcpSocket。
3. 為該 socket 連接 readyRead() 信號，在槽函數中讀取請求數據，處理業(yè)務，并回復響應。
4. 連接 disconnected() 信號，在客戶端斷開時進行資源清理（如調用 deleteLater() 刪除 socket 對象）。

3.2 -> 客戶端典型流程

1. 創(chuàng)建 QTcpSocket，調用 connectToHost() 連接服務器。
2. 連接 connected() 信號，確認連接成功。
3. 連接 readyRead() 信號，接收服務器返回的數據。
4. 使用 write() 發(fā)送請求數據。
5. 在適當時機斷開連接或處理異常斷開。

4 -> 代碼示例

4.1 -> 回顯客戶端

widget.cpp

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

#include <QMessageBox>

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

    // 1. 創(chuàng)建 QTcpServer 的實例
    socket = new QTcpSocket(this);

    // 2. 設置標題
    this->setWindowTitle("客戶端");

    // 3. 和服務器建立連接
    socket->connectToHost("127.0.0.1", 9090);

    // 4. 連接信號槽, 處理響應
    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, [=](){
        // a) 讀取出響應內容
        QString response = socket->readAll();

        // b) 把響應內容顯示到界面上
        ui->listWidget->addItem("服務器說: " + response);

    });

    // 5. 等待連接建立的結果. 確認是否連接成功
    bool ret = socket->waitForConnected();
    if (!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this, "連接服務器出錯", socket->errorString());
        exit(1);
    }

}

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


void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    // 1. 獲取到輸入框中的內容
    const QString& text = ui->lineEdit->text();

    // 2. 發(fā)送數據給服務器
    socket->write(text.toUtf8());

    // 3. 把發(fā)的消息顯示到界面上
    ui->listWidget->addItem("客戶端說: " + text);

    // 4. 清空輸入框的內容
    ui->lineEdit->setText("");

}

4.2 -> 回顯服務端

widget.cpp

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

#include <QMessageBox>
#include <QTcpSocket>

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

    // 1. 創(chuàng)建 QTcpServer 的實例
    tcpServer = new QTcpServer(this);

    // 2. 設置標題
    this->setWindowTitle("服務器");

    // 3. 通過信號槽, 指定如何處理連接
    connect(tcpServer, &QTcpServer::newConnection, this, &Widget::processConnection);

    bool ret = tcpServer->listen(QHostAddress::Any, 9090);
    if (!ret)
    {
        QMessageBox::critical(this, "服務器啟動失敗！", tcpServer->errorString());
        exit(1);
    }

}

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

void Widget::processConnection()
{
    // 1. 通過 tcpServer 拿到一個 socket 對象, 通過這個對象來和客戶端進行通信
    QTcpSocket* clientSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
    QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) +
            " ] 客戶端上線！";
    ui->listWidget->addItem(log);

    // 2. 通過信號槽, 來處理客戶端發(fā)來請求的情況
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, [=](){
        // a) 讀取出請求數據. 此處 readAll 返回的是 QByteArray, 通過賦值轉成 QString
        QString request = clientSocket->readAll();

        // b) 根據請求處理響應
        const QString& response = process(request);

        // c) 把響應寫回到客戶端
        clientSocket->write(response.toUtf8());

        // d) 把上述信息記錄到日志中
        QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) + " ] "
                + "req: " + request + ", " + "resp: " + response;
        ui->listWidget->addItem(log);

    });

    // 3. 通過信號槽, 來處理客戶端斷開連接的情況
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, [=](){
        // a) 把斷開連接的信息通過日志顯示出來
        QString log = "[ " + clientSocket->peerAddress().toString() + ": " + QString::number(clientSocket->peerPort()) +
                " ] 客戶端下線！";
        ui->listWidget->addItem(log);
        // b) 手動釋放 clientSocket. 直接使用 delete 是下策, 使用 deleteLater 更加合適的.
        // delete clientSocket;
        clientSocket->deleteLater();
    });

}

// 此處寫的是回顯服務器
QString Widget::process(const QString request)
{

    return request;
}

5 -> 總結

Qt 的 TCP 網絡編程模塊通過 QTcpServer 和 QTcpSocket 提供了高度封裝、易于使用的 API，大大降低了網絡應用程序的開發(fā)難度。其特點可總結如下：

• 面向對象與事件驅動：通過信號與槽機制處理連接、數據接收、斷開等事件，代碼結構清晰。
• 跨平臺性：同一套代碼可在主流操作系統(tǒng)上運行，無需關心底層 Socket API 差異。
• 與 Qt 生態(tài)無縫集成：可方便地與 GUI、多線程、定時器、文件 IO 等其他 Qt 模塊結合使用。
• 高效的異步 IO：基于事件循環(huán)，無需阻塞線程即可處理多個并發(fā)連接，適合高性能服務器開發(fā)。
• 良好的錯誤處理機制：提供詳細的錯誤碼和描述，便于調試和異常處理。

在實際開發(fā)中，除了掌握上述基礎 API 外，還需注意資源管理（及時釋放 socket）、協(xié)議設計（定義清晰的數據包格式以處理粘包/半包問題）、多線程處理（將耗時操作移至子線程以避免阻塞主循環(huán)）等高級主題。Qt 的網絡模塊為構建穩(wěn)定、高效的 C++ 網絡應用提供了堅實的基礎，是開發(fā)跨平臺客戶端/服務器程序的優(yōu)秀選擇。

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