Qt之UDP通信

一、UDP简介

UDP（User Datagram Protocol 即用户数据报协议）是一个轻量级的，不可靠的，面向数据
报的无连接协议。由于 UDP 的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用 UDP 较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

UDP 通信示意图如下：

UDP 消息传送有三种模式，分别是单播、广播和组播三种模式。

①单播（unicast）：单播用于两个主机之间的端对端通信，需要知道对方的 IP 地址与端口

②广播(broadcast）：广播 UDP 与单播 UDP 的区别就是 IP 地址不同，广播一般使用广播地址
255.255.255.255，将消息发送到在同一广播（也就是局域网内同一网段）网络上的每个主机

注意：本地广播信息是不会被路由器转发，所以如果一个服务端在win，另外一个客户端在虚拟机说，这时就需要配置虚拟机的端口转发，这样虚拟机才会连得上服务器。

③组播（multicast）：组播（多点广播），也称为多播，将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组，进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行，其他的主机没有加入此分组不能收发对应的数据。

在广域网上广播的时候，其中的交换机和路由器只向需要获取数据的主机复制并转发数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择地复制并传输数据，将数据仅仅传输给组内的主机。多播的这种功能，可以一次将数据发送到多个主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通信。

注意： 单播一样和多播是允许在广域网即 Internet 上进行传输的，而广播仅仅在同一局域网上才能进行。

二、QUdpSocket类

QT 的 socket 类之间的关系:

QUdpSocket 类提供了一个 UDP 套接字。 QUdpSocket 是 QAbstractSocket 的子类，允许发
送和接收 UDP 数据报。

常用API函数

①构造函数

QUdpSocket::QUdpSocket(QObject *parent = Q_NULLPTR)

②如果至少有一个数据报在等待被读取，则返回true，否则返回false。

bool QUdpSocket::hasPendingDatagrams() const

③服务器绑定端口

bool bind(const QHostAddress &address, quint16 port = 0, BindMode mode = DefaultForPlatform);

④返回第一个待处理的UDP数据报的大小Byte。如果没有可用的数据报，该函数返回-1。

qint64 QUdpSocket::pendingDatagramSize() const

⑤接收数据

qint64 QUdpSocket::readDatagram(char *data, qint64 maxSize, QHostAddress *address = Q_NULLPTR, quint16 *port = Q_NULLPTR)

接收一个不大于maxSize字节的数据报并将其存储在data中。发送者的主机地址和端口存储在*address和*port中（除非指针为0）。成功时返回数据报的大小；否则返回-1。

如果maxSize太小，数据报的其余部分将被丢失。为了避免数据丢失，在试图读取数据报之前，应调用pendingDatagramSize()来确定未决数据报的大小。如果maxSize为0，数据报将被丢弃。

⑥发送数据

qint64 QUdpSocket::writeDatagram(const char *data, qint64 size, const QHostAddress &address, quint16 port)

将数据报以大小的方式发送到端口端口的主机地址。成功时返回发送的字节数，否则返回-1。
数据报总是被写成一个块。数据报的最大尺寸与平台高度相关，但可以低至8192字节。如果数据报太大，这个函数将返回-1，error()将返回DatagramTooLargeError。

一般来说，发送大于512字节的数据报是不利的，因为即使它们被成功发送，在到达最终目的地之前，它们很可能被IP层分割开来。

三、UDP服务器

1.创建QUdpSocket对象

mSocket = new QUdpSocket(this);

②绑定地址和端口号

msocket->bind(ip,端口号);

③收到数据时，会触发readyRead()信号，自定义readPendingDatagrams()进行读取数据；

connect(msocket,&QUdpSocket::readyRead, this,&Widget::readPendingDatagrams);

④在while循环中读取数据，只要有数据，就一直读取并处理。

void Server::readPendingDatagrams()
{
while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) //数据报等待被读取

       {
         //数据缓冲区

                QByteArray arr;

                //调整缓冲区的大小和收到的数据大小一致

                arr.resize(mSocket->bytesAvailable()); //接收数据

                mSocket->readDatagram(arr.data(),arr.size(),&addr,&port);

//将arr.data转为字符串即可

                QString str = arr.data();

}
}

通信(先接收) 收到数据会触发信号readyRead, 通过QUdpSocket对象的readDatagram函数来接收数据。

readyRead()信号在数据报到达时发出。在这种情况下， hasPendingDatagrams()返回 true。调用 pendingDatagramSize()来获取第一个待处理数据报的大小，并调用 readDatagram()接收数据。

注意:当接收到readyRead()信号时，一个传入的数据报应该被读取，否则这个信号将不会被发送到下一个数据报。

⑤发送数据

qint64 QUdpSocket::writeDatagram(const char *data, qint64 size, const QHostAddress &address, quint16 port)

若是广播消息，与单播消息不同的是将目标 IP 地址换成了广播地址，一般广播地址为 255.255.255.255，也可以使用QHostAddress::Broadcast获取广播地址。

QHostAddress peerAddr = QHostAddress::Broadcast;

只需要将客户端发送数据:writeDatagram的IP地址改为广播地址即可。

四、UDP客户端

①创建QUdpSocket对象

mSocket = new QUdpSocket(this);

②发送数据到指定的地址和端口号

writeDatagram(数据,接收方ip,接收方端口号);

发送的数据要是QByteArray类型，Qt中将字符串转为QByteArray可以使用.toUtf8函数。

五、代码

1.udp服务端

头文件

#ifndef UDPSERVER_H
#define UDPSERVER_H

#include <QWidget>
#include <QtNetwork>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class UdpServer; }
QT_END_NAMESPACE

class UdpServer : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    UdpServer(QWidget *parent = nullptr);
    ~UdpServer();

private slots:
    void on_pushButton_start_clicked();

    void on_pushButton_send_clicked();
    void readPendingDatagrams();

private:
    Ui::UdpServer *ui;
    //Udp服务器
    QUdpSocket *mSocket;
    //通信的ip和端口，用于获取发送者的 IP 和端口
    QHostAddress addr;
    quint16 port;
};
#endif // UDPSERVER_H

源文件

#include "udpserver.h"
#include "ui_udpserver.h"

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

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

//启动
void UdpServer::on_pushButton_start_clicked()
{
    //1.创建QUdpSocket对象
    mSocket = new QUdpSocket(this);

    //2.连接接收数据信号和槽
    QObject::connect(mSocket,&QUdpSocket::readyRead,this,&UdpServer::readPendingDatagrams);


    //3.绑定
    mSocket->bind(QHostAddress::Any,ui->spinBox->value());

    //连接回车发送的信号和槽
    QObject::connect(ui->lineEdit,&QLineEdit::returnPressed,this,&UdpServer::on_pushButton_send_clicked);

    //禁止端口号和启动按钮
    ui->spinBox->setEnabled(false);
    ui->pushButton_start->setEnabled(false);
}

void UdpServer::on_pushButton_send_clicked()
{
    //获取发送的数据
    QByteArray arr = ui->lineEdit->text().toUtf8();

    //发送
    mSocket->writeDatagram(arr,addr,port);
    //显示发送的内容
    ui->textBrowser->insertPlainText("send:"+QString(arr)+"n");
    //情况lineEdit
    ui->lineEdit->clear();
}

void UdpServer::readPendingDatagrams()
{
    //数据缓冲区
    QByteArray arr;
    while(mSocket->hasPendingDatagrams())
    {

        //调整缓冲区的大小和收到的数据大小一致
        arr.resize(mSocket->bytesAvailable());

        //接收数据
        mSocket->readDatagram(arr.data(),arr.size(),&addr,&port);
        //显示
        ui->textBrowser->insertPlainText(addr.toString()+":"+QString(arr)+"n");

        //使能发送按钮和编辑框
        ui->lineEdit->setEnabled(true);
        ui->pushButton_send->setEnabled(true);
    }
}

2.udp客户端

头文件

#ifndef UDPCILENT_H
#define UDPCILENT_H

#include <QWidget>
#include <QtNetwork>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class UdpCilent; }
QT_END_NAMESPACE

class UdpCilent : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    UdpCilent(QWidget *parent = nullptr);
    ~UdpCilent();

private slots:
    void on_pushButton_send_clicked();
    void readPendingDatagrams();

private:
    Ui::UdpCilent *ui;
    //UDP客户端
    QUdpSocket *mSocket;
};
#endif // UDPCILENT_H

源文件

#include "udpcilent.h"
#include "ui_udpcilent.h"

UdpCilent::UdpCilent(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::UdpCilent)
{
    ui->setupUi(this);
    //1.创建QUdpSocket
    mSocket = new QUdpSocket(this);
    //2.通信(接收)
    QObject::connect(mSocket,&QUdpSocket::readyRead,this,&UdpCilent::readPendingDatagrams);

    //连接回车发送的信号和槽
    QObject::connect(ui->lineEdit_send,&QLineEdit::returnPressed,this,&UdpCilent::on_pushButton_send_clicked);

}

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

//发送
void UdpCilent::on_pushButton_send_clicked()
{
    //获取发送的数据
    QByteArray arr = ui->lineEdit_send->text().toUtf8();

    //发送
    //mSocket->writeDatagram(arr,QHostAddress(ui->lineEdit_ip->text()),ui->spinBox->value());
    mSocket->writeDatagram(arr,QHostAddress::Broadcast,ui->spinBox->value());
    //显示发送的内容
    ui->textBrowser->insertPlainText("send:"+QString(arr)+"n");
    //情况lineEdit
    ui->lineEdit_send->clear();
}

void UdpCilent::readPendingDatagrams()
{
    QHostAddress addr; //用于获取发送者的 IP 和端口
    quint16 port;
    //数据缓冲区
    QByteArray arr;
    while(mSocket->hasPendingDatagrams())
    {
        //调整缓冲区的大小和收到的数据大小一致
        arr.resize(mSocket->bytesAvailable());

        //接收数据
        mSocket->readDatagram(arr.data(),arr.size(),&addr,&port);
        //显示
        ui->textBrowser->insertPlainText(addr.toString()+":"+QString(arr)+"n");
    }
}

结果：