一、设计目标
通过利用Qt应用程序框架提供的QTcpSocket和QUdpSocket类进行网络通信，在windows平台（支持跨平台，将源码在目标平台重编译即可）上实现了两大功能：
1）实现客户端与服务器端之间文件传输功能；
2）实现客户端与服务器端之间的聊天功能；
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二、系统设计框架
整个应用程序要实现聊天及文件传输的功能，主要由三大块组成：
1）人机交互界面：用于显示连接状态、消息传送、实现消息输入等功能；
2）消息传输模块：用于实现消息传输协议的封装与解包工作，实现消息传输控制；
3）文件传输模块：用于实现文件传输协议的封装与解包工作，实现文件头及文件的发送与接收控制。
三、设计细节
3.1、TCP/IP与UDP通信原理
计算机网络通信主要是通过Socket(套接字)进行的。它提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。在应用开发中就像使用文件句柄一样，可以对Socket句柄进行读，写操作。
Qt提供了较为完整的网络应用服务，可以实现大部分网络应用程序的开发，提供了QTcpSocket和QUdpSocket类，用于实现TCP和UDP传输协议。提供了QTcpServer类创建服务器应用程序来处理引入的TCP连接。
3.2、聊天系统设计
聊天也就是信息（字符串）的收发，根据其实时性的要求与短消息传递的特点，采用UDP协议来实现。
在Qt中提供了QUdpSocket 类来进行UDP数据报（datagrams）的发送和接收。UDP的应用是很简单的。我们只需要在发送端执行writeDatagram()函数将信息发送到广播地址的某一个端口，然后接收端绑定到这个端口，只要这个端口有数据，就会发送readyRead()信号，我们接收到该信号后进行数据处理即可。
（1）客户端
/***** 创建Udp套接字和绑定端口与槽函数 *********/
QUdpSocket *UdpSender = new QUdpSocket(this);
QUdpSocket *UdpReader = new QUdpSocket(this);
// 将UdpReader绑定到广播地址的5566端口，接收发到这个端口的信息
UdpReader->bind(5566, QUdpSocket::ShareAddress);
// 将有数据的readyRead()信号绑定到读信息的readMessage()槽函数
connect(UdpReader, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(readMessage()));
/***** 发送消息 *********/
void sendMessage()
{
QByteArray datagram = “hello world!”;
UdpSender ->writeDatagram(datagram.data(),datagram.size(),
QHostAddress::Broadcast,5566);
}
/***** 接收消息 *********/
void readMessage()
{
//拥有等待的数据报
while(UdpReader->hasPendingDatagrams())
{
QByteArray datagram; //拥于存放接收的数据报
//让datagram的大小为等待处理的数据报的大小，这样才能接收到完整的数据
datagram.resize(UdpReader->pendingDatagramSize());
//接收数据报，将其存放到datagram中
UdpReader->readDatagram(datagram.data(), datagram.size());
serverMessage = datagram;
}
}
（2）服务器端
过程与代码和客户端一致，只是因为是双向通信，所以在服务器端需要发送的端口号要不一样。具体见工程代码。
3.3、文件传输设计
文件传送具有连续性和可靠性要求的特点，通常采用点对点通信，并应用TCP服务来保证数据传输过程中的准确性和顺序性。
TCP协议的程序使用的是客户端/服务器模式，在Qt中提供了QTcpSocket类来编写客户端程序，使用QTcpServer类编写服务器端程序。我们在服务器端进行端口的监听，一旦发现客户端的连接请求，就会发出newConnection()信号，我们可以关联这个信号到我们自己的槽函数，实现与客户端的连接。建立连接后，任何一方都可以进行数据的发送。另一端一旦有数据到来就会发出readyRead()信号，我们可以关联此信号，进行数据的接收。
因为涉及到文件的拆分和增加文件头信息等，还需要管理发送和接收进度条，代码比较复杂，这里就不贴了，具体见工程代码，代码都有比较清晰的注释。
四、人机交互界面设计
如图4-1所示，交互界面包含3大功能块：
1）聊天窗口：包括发送和接收到的信息显示框和信息的输入框；
2）文件收发：包括需要填写的建立TCP连接的服务器信息框和文件传输需要的功能和显示进度框；
3）附加功能：附加“消息记录”和“使用帮助”的对话框，点击对应按钮接口打开。
图4-1：客户端界面
服务器端界面和客户端界面差别只在于“服务器信息”中的“建立会话”按钮改为“开始监听”按钮，因为TCP连接是由客户端申请，由服务器来监听的。
图4-2：服务器端界面
工程还实现了历史消息界面和帮助界面。
五、附录代码
5.1、工程目录
左边是客户端的项目文件，右边是服务器端的项目文件。
工程说明：
注：加入Dialog后，需要先在 本项目名字 右键，选择 执行qmake，再执行run才可以编译通过，否则会出现 Dialog的连接错误 LNK2019
5.2、服务器端的两个主要的代码（客户端大部分相同）
MainWindow.h
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
#include <QMainWindow>
#include <QtNetwork>
#include "Dialog.h"
#include "hismesdialog.h"
namespace Ui {
class MainWindow;
}
class MainWindow : public QMainWindow
{
Q_OBJECT
public:
explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
~MainWindow();
private slots:
/********** Send and receive message though UCP protocol **************/
void sendMessage(); // 发送消息
void readMessage(); // 接受信息
void showMessage(bool isSend); // 显示消息
/********** Send and receive files though TCP protocol **************/
void acceptConnection(); // 接收客户端请求
void listening(); // 监听
void displayError(QAbstractSocket::SocketError); //显示错误
/************* Send file **********************/
void openFile(); //打开文件
void startTransferFile(); //发送文件大小等信息
void updateClientProgress(qint64); //发送数据，更新进度条
/************* Receive file *******************/
void updateServerProgress(); //接收数据，更新进度条
/************************* Button Event ****************************/
void on_openButton_clicked();
void on_listenButton_clicked();
void on_disconectButton_clicked();
void on_sendMesButton_clicked();
void on_sendFileButton_clicked();
void on_helpButton_clicked();
void on_mesHistoryButton_clicked();
void on_quitButton_clicked();
void on_textBrowser_textChanged();
private:
Ui::MainWindow *ui;
/********** Send and receive message though UCP protocol **************/
QUdpSocket *UdpSender;
QUdpSocket *UdpReader;
QString localMessage; // 存放本地要发送的信息
QString serverMessage; //存放从服务器接收到的信息
/********** Send and receive files though TCP protocol **************/
QTcpServer *tcpServer;
QTcpSocket *tcpSocket;
/************* Send file **********************/
quint16 blockSize; //存放接收到的信息大小
QFile *localFile; //要发送的文件
qint64 totalBytes; //数据总大小
qint64 bytesWritten; //已经发送数据大小
qint64 bytesToWrite; //剩余数据大小
qint64 loadSize; //每次发送数据的大小
QString fileName; //保存文件路径
QByteArray outBlock; //数据缓冲区，即存放每次要发送的数据
/************* Receive file *******************/
//qint64 totalBytes; //存放总大小信息
qint64 bytesReceived; //已收到数据的大小
qint64 fileNameSize; //文件名的大小信息
//QString fileName; //存放文件名
//QFile *localFile; //本地文件
QByteArray inBlock; //数据缓冲区
Dialog *helpDialog;
hisMesDialog *histroyMessageDialog;
QFile *historyMessage;
QString hostIP;
QString getHostIP();
};
#endif // MAINWINDOW_H
MainWindow.cpp
// Chat and file Transceiver
// Author : Zouxy
// Date : 2013-6-20
// HomePage : http://blog.csdn.net/zouxy09
// Email : zouxy09@qq.com
#include "MainWindow.h"
#include "ui_MainWindow.h"
#include <QFileDialog>
#include <QObject>
#include <QMessageBox>
#include <QTextCodec>
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent),
ui(new Ui::MainWindow)
{
ui->setupUi(this);
/********** Send and receive message though UCP protocol **************/
UdpSender = new QUdpSocket(this);
UdpReader = new QUdpSocket(this);
// 将UdpReader绑定到广播地址的6666端口，接收发到这个端口的信息
UdpReader->bind(6666, QUdpSocket::ShareAddress);
connect(UdpReader, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(readMessage()));
/********** Send and receive files though TCP protocol **************/
loadSize = 4*1024; //将整个大的文件分成很多小的部分进行发送，每部分为4字节
totalBytes = 0;
bytesWritten = 0;
bytesToWrite = 0;
bytesReceived = 0;
fileNameSize = 0;
tcpServer = new QTcpServer(this);
tcpSocket = new QTcpSocket(this);
//当发现新连接时发出newConnection()信号
connect(tcpServer, SIGNAL(newConnection()), this, SLOT(acceptConnection()));
ui->sendFileButton->setEnabled(false); //开始使”发送文件“按钮不可用
ui->sendMesButton->setEnabled(true); //开始使”发送信息“按钮可用
// 服务器的缺省值
hostIP = getHostIP();
if (hostIP == 0)
ui->hostLineEdit->setText("127.0.0.1");
else
ui->hostLineEdit->setText(hostIP);
ui->portLineEdit->setText("5555");
helpDialog = new Dialog;
helpDialog->hide();
histroyMessageDialog = new hisMesDialog;
histroyMessageDialog->hide();
historyMessage = new QFile("historyMessage.txt");
if(!historyMessage->open(QFile::Append))
{
qDebug() << "writing history Message file error!";
return;
}
}
MainWindow::~MainWindow()
{
delete ui;
}
// 监听
void MainWindow::listening()
{
//初始化已发送字节为0
bytesWritten = 0;
bytesReceived = 0;
blockSize = 0; //初始化其为0
ui->listenButton->setEnabled(false);
if(!tcpServer->listen(QHostAddress::LocalHost, ui->portLineEdit->text().toInt()))
{
qDebug() << tcpServer->errorString();
close();
return;
}
ui->currentStatusLabel->setText("Status: listening...");
}
// 连接后的对话框提示
void MainWindow::acceptConnection()
{
//QMessageBox box_success;
//box_success.information(NULL, "提示", "会话建立成功", QMessageBox::Yes | QMessageBox::No, QMessageBox::Yes);
tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
// 当有数据发送成功时，我们更新进度条
connect(tcpSocket, SIGNAL(bytesWritten(qint64)), this, SLOT(updateClientProgress(qint64)));
// 当有数据接收成功时，我们更新进度条
connect(tcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(updateServerProgress()));
// 绑定错误处理
connect(tcpSocket, SIGNAL(error(QAbstractSocket::SocketError)), this, SLOT(displayError(QAbstractSocket::SocketError)));
tcpServer->close();
ui->currentStatusLabel->setText("Status: Waiting for file transfer...");
}
// 发送信息
void MainWindow::sendMessage()
{
localMessage = ui->inputTextEdit->toPlainText();
QByteArray datagram = localMessage.toUtf8();
//进行UDP数据报（datagrams）的发送
UdpSender->writeDatagram(datagram.data(), datagram.size(), QHostAddress::Broadcast, 5566);
// 显示消息
showMessage(true);
}
// 接收信息
void MainWindow::readMessage()
{
//拥有等待的数据报
while(UdpReader->hasPendingDatagrams())
{
QByteArray datagram; //拥于存放接收的数据报
//让datagram的大小为等待处理的数据报的大小，这样才能接收到完整的数据
datagram.resize(UdpReader->pendingDatagramSize());
//接收数据报，将其存放到datagram中
UdpReader->readDatagram(datagram.data(), datagram.size());
//将数据报内容显示出来
serverMessage = datagram;
}
// 显示消息
showMessage(false);
}
// 显示消息
void MainWindow::showMessage(bool isSend)
{
QDateTime time = QDateTime::currentDateTime(); //获取系统现在的时间
QString str = time.toString("hh:mm:ss ddd"); //设置显示格式
QString str4file = time.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"); //设置显示格式
blockSize = 0;
QFont font;
font.setPixelSize(18);
ui->textBrowser->setFont(font);
QTextStream stream(historyMessage);
if (isSend)
{
// 用不同的颜色显示信息所属和当前时间
ui->textBrowser->setTextColor(QColor(0, 0, 0));
QString entraMess = "I say: " + str;
ui->textBrowser->append(entraMess);
stream<<"I say: "<<str4file<<"\n"; // 写入 历史信息 文件时需要保存日期
ui->textBrowser->setTextColor(QColor(0, 0, 255));
ui->textBrowser->append(localMessage);
ui->inputTextEdit->clear();
ui->currentStatusLabel->setText("Status: send message successfully...");
stream<<localMessage<<"\n";
}
else
{
// 用不同的颜色显示信息所属和当前时间
ui->textBrowser->setTextColor(QColor(0, 0, 0));
QString entraMess = "He/she: " + str;
ui->textBrowser->append(entraMess);
stream<<"He/she: "<<str4file<<"\n";
ui->textBrowser->setTextColor(QColor(255, 0, 0));
ui->textBrowser->append(serverMessage);
ui->currentStatusLabel->setText("Status: new message coming...");
stream<<localMessage<<"\n";
}
}
// 打开文件
void MainWindow::openFile()
{
fileName = QFileDialog::getOpenFileName(this);
if(!fileName.isEmpty())
{
ui->sendFileButton->setEnabled(true);
QString currentFileName = fileName.right(fileName.size() - fileName.lastIndexOf('/')-1);
ui->currentStatusLabel->setText(tr("Status: open file %1 successfully!").arg(currentFileName));
}
}
// 实现文件大小等信息的发送
void MainWindow::startTransferFile()
{
localFile = new QFile(fileName);
if(!localFile->open(QFile::ReadOnly))
{
qDebug() << "open file error!";
return;
}
totalBytes = localFile->size(); //文件总大小
QDataStream sendOut(&outBlock, QIODevice::WriteOnly);
sendOut.setVersion(QDataStream::Qt_5_0);
QString currentFileName = fileName.right(fileName.size() - fileName.lastIndexOf('/')-1);
//依次写入总大小信息空间，文件名大小信息空间，文件名
sendOut << qint64(0) << qint64(0) << currentFileName;
//这里的总大小是文件名大小等信息和实际文件大小的总和
totalBytes += outBlock.size();
//返回outBolock的开始，用实际的大小信息代替两个qint64(0)空间
sendOut.device()->seek(0);
sendOut<<totalBytes<<qint64((outBlock.size() - sizeof(qint64)*2));
//发送完头数据后剩余数据的大小
bytesToWrite = totalBytes - tcpSocket->write(outBlock);
ui->currentStatusLabel->setText("Status: start transfering...");
outBlock.resize(0);
}
// 更新进度条，实现文件的传送
void MainWindow::updateClientProgress(qint64 numBytes)
{
//已经发送数据的大小
bytesWritten += (int)numBytes;
if(bytesToWrite > 0) //如果已经发送了数据
{
//每次发送loadSize大小的数据，这里设置为4KB，如果剩余的数据不足4KB，就发送剩余数据的大小
outBlock = localFile->read(qMin(bytesToWrite, loadSize));
//发送完一次数据后还剩余数据的大小
bytesToWrite -= (int)tcpSocket->write(outBlock);
//清空发送缓冲区
outBlock.resize(0);
}
else
{
//如果没有发送任何数据，则关闭文件
localFile->close();
}
//更新进度条
ui->serverProgressBar->setMaximum(totalBytes);
ui->serverProgressBar->setValue(bytesWritten);
if(bytesWritten == totalBytes) //发送完毕
{
QString currentFileName = fileName.right(fileName.size() - fileName.lastIndexOf('/')-1);
ui->currentStatusLabel->setText(tr("Status: transfer file %1 ...").arg(currentFileName));
localFile->close();
bytesWritten = 0; // clear fot next send
bytesToWrite = 0;
totalBytes = 0;
//tcpSocket->close();
}
}
// 更新进度条，实现文件的接收
void MainWindow::updateServerProgress()
{
QDataStream in(tcpSocket);
in.setVersion(QDataStream::Qt_5_0);
//如果接收到的数据小于等于16个字节，那么是刚开始接收数据，我们保存为头文件信息
if(bytesReceived <= sizeof(qint64)*2)
{
//接收数据总大小信息和文件名大小信息
if((tcpSocket->bytesAvailable() >= sizeof(qint64)*2) && (fileNameSize == 0))
{
in >> totalBytes >> fileNameSize;
bytesReceived += sizeof(qint64) * 2;
}
//接收文件名，并建立文件
if((tcpSocket->bytesAvailable() >= fileNameSize) && (fileNameSize != 0))
{
in >> fileName;
ui->currentStatusLabel->setText(tr("Accept file %1 ...").arg(fileName));
bytesReceived += fileNameSize;
localFile = new QFile(fileName);
if(!localFile->open(QFile::WriteOnly))
{
qDebug() << "writing file error!";
return;
}
}
else
return;
}
//如果接收的数据小于总数据，那么写入文件
if(bytesReceived < totalBytes)
{
bytesReceived += tcpSocket->bytesAvailable();
inBlock = tcpSocket->readAll();
localFile->write(inBlock);
inBlock.resize(0);
}
//更新进度条
ui->serverProgressBar->setMaximum(totalBytes);
ui->serverProgressBar->setValue(bytesReceived);
//接收数据完成时
if(bytesReceived == totalBytes)
{
//tcpSocket->close();
localFile->close();
ui->listenButton->setEnabled(true);
ui->currentStatusLabel->setText(tr("Status: receive file %1 successfully!").arg(fileName));
bytesReceived = 0; // clear for next receive
totalBytes = 0;
fileNameSize = 0;
}
}
// 显示错误
void MainWindow::displayError(QAbstractSocket::SocketError)
{
qDebug() << tcpSocket->errorString();
tcpSocket->close();
ui->serverProgressBar->reset();
ui->currentStatusLabel->setText(tr("Status: connect error! open client and retry"));
ui->listenButton->setEnabled(true); //开始使”监听“按钮可用
ui->sendFileButton->setEnabled(false);
}
// 开始监听
void MainWindow::on_listenButton_clicked()
{
listening();
}
// 断开连接
void MainWindow::on_disconectButton_clicked()
{
tcpSocket->disconnectFromHost();
ui->listenButton->setEnabled(true); //开始使”监听“按钮可用
ui->sendFileButton->setEnabled(false); //开始使”发送文件“按钮不可用
}
// 发送信息
void MainWindow::on_sendMesButton_clicked()
{
sendMessage();
}
// 打开文件
void MainWindow::on_openButton_clicked()
{
openFile();
}
// 发送文件
void MainWindow::on_sendFileButton_clicked()
{
startTransferFile();
}
// 帮助说明
void MainWindow::on_helpButton_clicked()
{
helpDialog->show();
}
// 消息记录
void MainWindow::on_mesHistoryButton_clicked()
{
histroyMessageDialog->showHisMesDialog();
histroyMessageDialog->show();
}
// 关闭程序
void MainWindow::on_quitButton_clicked()
{
this->close();
}
// 文字多了会增加滚动条并显示最后的信息
void MainWindow::on_textBrowser_textChanged()
{
ui->textBrowser->moveCursor(QTextCursor::End);
}
QString MainWindow::getHostIP()
{
QList<QHostAddress> list = QNetworkInterface::allAddresses();
foreach (QHostAddress address, list)
{
//我们使用IPv4地址
if(address.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
return address.toString();
}
return 0;
}
作者:zouxy09
