Qt网络编程实战：基于TCP协议的调试工具开发

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作为一名 C++ 开发学习者，掌握 Qt 框架下的网络编程是提升综合开发能力的重要一环。

今天给大家带来 一个基于 TCP 协议的网络调试助手的设计与实现

如果你也在学习 Qt 或者准备做一个类似的网络通信小工具，希望这篇文章能为你提供清晰的开发思路和技术参考。欢迎留言交流你的实现经验！

Part1、TCP网络调试助手

本次设计的网络调试助手在简化界面UI的基础上，重点在于掌握网络通信的核心知识点，尤其是服务器与客户端的创建过程以及数据交互机制。同时，也借此机会复习和巩固了Qt UI控件的使用方法。

1.1、项目整体开发流程

1.2、Qt TCP服务器的关键流程

在创建基于QTcpServer的服务端程序时，需遵循以下关键步骤：

1）、创建并初始化 QTcpServer 实例

1. 实例化一个 QTcpServer 对象；
2. 调用 listen() 方法监听指定端口上的连接请求。

2）、处理新连接

1. 将 newConnection 信号连接到对应的槽函数；
2. 在槽函数中通过 nextPendingConnection() 获取 QTcpSocket，用于与客户端通信。

3）、读取和发送数据

1. 使用 readyRead 信号绑定槽函数，以接收来自客户端的数据；
2. 利用 write() 方法将响应数据发送回客户端。

4）、关闭连接

1. 在适当的时候调用 close() 方法关闭 QTcpSocket 连接。

示例代码如下：

class MyServer : public QObject { Q_OBJECT public: MyServer() { QTcpServer *server = new QTcpServer(this); connect(server, &QTcpServer::newConnection, this, &MyServer::onNewConnection); server->listen(QHostAddress::Any, 1234); } private slots: void onNewConnection() { QTcpSocket *clientSocket = server->nextPendingConnection(); connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MyServer::onReadyRead); } void onReadyRead() { QTcpSocket *clientSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender()); QByteArray data = clientSocket->readAll(); // 处理收到的数据... } };

⚠️ 注意：在使用 QTcpServer 和 QTcpSocket 时，应妥善处理可能出现的网络错误和异常情况，如连接中断、超时等。

1.3、Qt TCP客户端的关键流程

创建基于 QTcpSocket 的客户端程序主要包括以下几个步骤：

1. 创建 QTcpSocket 实例
2. 连接到服务器
3. 使用 connectToHost() 方法连接目标服务器的IP地址和端口号。
4. 发送数据到服务器
5. 使用 write() 方法发送请求或消息。
6. 接收来自服务器的数据
7. 将 readyRead 信号绑定到对应的槽函数，用于处理服务器返回的数据。
8. 关闭连接
9. 使用 close() 方法关闭当前连接。

示例代码如下：

class MyClient : public QObject { Q_OBJECT public: MyClient() { QTcpSocket *client = new QTcpSocket(this); connect(client, &QTcpSocket::readyRead, this, &MyClient::onReadyRead); client->connectToHost("server_address", 1234); } private slots: void onReadyRead() { QTcpSocket *socket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender()); QByteArray data = socket->readAll(); // 处理接收到的数据... } };

该客户端尝试连接到指定的服务器地址和端口，并等待服务器返回数据。开发者应根据实际需求合理管理网络错误与异常。

1.4、UI界面的设计

本项目中设计了两个主要界面：

TCP服务端UI界面

包括IP地址选择框、端口输入框、监听按钮、客户端连接状态显示区、数据收发文本框等；

TCP客户端UI界面

包括服务器IP与端口输入框、连接按钮、数据发送与接收框等。

1.5、TCP协议理论知识

以下为TCP协议的基础理论知识，虽在实际编程中由 QTcpSocket 类封装底层细节，但理解其原理对于面试准备及深入学习仍具有重要意义。

TCP协议的基本特点：

TCP连接建立 —— 三次握手

1. 客户端发送SYN报文（同步）；
2. 服务器回复SYN-ACK（同步-确认）；
3. 客户端发送ACK报文，连接建立完成。

TCP连接终止 —— 四次挥手

1. 一方发送FIN报文（结束）；
2. 对方回复ACK确认；
3. 对方发送FIN报文；
4. 原方回复ACK，连接关闭。

Socket的主要类型：

• TCP Socket
• ：面向连接、可靠；
• UDP Socket
• ：无连接、不可靠。

Socket的主要功能：

• 创建网络连接；
• 监听客户端连接；
• 发送与接收数据。

Qt中的Socket支持：

• QTcpSocket
• ：用于实现TCP通信；
• QUdpSocket
• ：用于实现UDP通信。

Socket抽象了网络通信的复杂性，是实现网络通信的重要基础工具之一。

原作者

Part2、网络通信核心代码

QTcpServer 是 Qt 网络模块的重要组成部分，用于构建TCP服务器。它可以异步监听客户端连接，并在连接建立后进行数据交换。

2.1、TCP服务端连接的核心代码

在类定义中声明服务器对象：

QTcpServer *server;

构造函数中实例化：

server = new QTcpServer(this);

点击监听按钮时启动监听并绑定信号：

void Widget::on_btnListen_clicked() { QHostAddress addr("192.168.1.106"); quint16 port = 8888; bool ret = server->listen(addr, port); if (!ret) return; connect(server, SIGNAL(newConnection()), this, SLOT(on_newClient_connect())); }

当有客户端接入时获取连接并绑定接收数据信号：

void Widget::on_newClient_connect() { if (server->hasPendingConnections()) { QTcpSocket *tcpSocket = server->nextPendingConnection(); qDebug() << "client addr: " << tcpSocket->peerAddress().toString(); qDebug() << "client port: " << tcpSocket->peerPort(); ui->textEdit_Rev->append("addr: " + tcpSocket->peerAddress().toString()); ui->textEdit_Rev->append("port: " + QString::number(tcpSocket->peerPort())); connect(tcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_readyRead_handler())); ui->comboBox_child->addItem(QString::number(tcpSocket->peerPort())); ui->comboBox_child->setCurrentText(QString::number(tcpSocket->peerPort())); } }

2.2、TCP服务端的数据通信核心代码

当客户端发送数据时触发接收槽函数：

void Widget::on_readyRead_handler() { QTcpSocket *tcpSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender()); QByteArray revData = tcpSocket->readAll(); ui->textEdit_Rev->append("client: " + revData); }

发送按钮槽函数，支持向所有或指定客户端发送数据：

void Widget::on_btnSend_clicked() { QList<QTcpSocket *> clients = server->findChildren<QTcpSocket*>(); for (QTcpSocket *temp : clients) { temp->write(ui->textEdit_Send->toPlainText().toStdString().c_str()); } }

2.3、TCP客户端的核心代码

客户端对象定义与实例化：

QTcpSocket *client; client = new QTcpSocket(this);

连接按钮槽函数：

void Widget::on_btnConnect_clicked() { QString addr(ui->lineEdit_addr->text()); quint16 port = ui->lineEdit_port->text().toInt(); client->connectToHost(addr, port); connect(client, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(on_readyRead_handler())); }

数据接收槽函数：

void Widget::on_readyRead_handler() { QByteArray revData = client->readAll(); ui->textEdit_rev->append("server: " + revData); }

发送按钮槽函数：

void Widget::on_btnSend_clicked() { QByteArray sendData = ui->textEdit_send->toPlainText().toUtf8(); client->write(sendData); }

Part3TCP服务端项目功能优化

3.1、自动刷新IP地址

为了方便用户选择本地IP地址，可以在程序启动时自动扫描系统中可用的IPv4地址并填充至下拉框中：

QList<QHostAddress> addrList = QNetworkInterface::allAddresses(); for (QHostAddress addr : addrList) { if (addr.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol) { ui->comboBox_Addr->addItem(addr.toString()); } }

3.2、服务器向不同客户端发数据

为实现向不同客户端单独发送数据的功能，可自定义一个继承于 QComboBox 的 myComboBox 类，并重写鼠标事件以触发自定义信号：

自定义类实现：

class myComboBox : public QComboBox { Q_OBJECT protected: void mousePressEvent(QMouseEvent *e) override; signals: void on_ComboBox_clicked(); }; void myComboBox::mousePressEvent(QMouseEvent *e) { if (e->button() == Qt::LeftButton) emit on_ComboBox_clicked(); QComboBox::mousePressEvent(e); }

主界面中绑定信号与槽：

connect(ui->comboBox_child, &myComboBox::on_ComboBox_clicked, this, &Widget::on_refresh_comboBox);

刷新选项框内容：

void Widget::on_refresh_comboBox() { ui->comboBox_child->clear(); QList<QTcpSocket*> clients = server->findChildren<QTcpSocket*>(); for (auto client : clients) { ui->comboBox_child->addItem(QString::number(client->peerPort())); } ui->comboBox_child->addItem("all"); }

数据发送优化逻辑：

void Widget::on_btnSend_clicked() { QList<QTcpSocket *> clients = server->findChildren<QTcpSocket*>(); if (clients.isEmpty()) return; QString target = ui->comboBox_child->currentText(); if (target != "all") { for (auto client : clients) { if (QString::number(client->peerPort()) == target) { client->write(ui->textEdit_Send->toPlainText().toStdString().c_str()); } } } else { for (auto client : clients) { client->write(ui->textEdit_Send->toPlainText().toStdString().c_str()); } } ui->textEdit_Rev->moveCursor(QTextCursor::End); ui->textEdit_Rev->ensureCursorVisible(); }

3.3、TextEdit 设置特定位置文字颜色

为了在 QTextEdit 控件中设置特定位置的文字颜色，需要通过光标级别的操作来实现。Qt 提供了 textCursor() 方法获取当前光标对象，并结合 setCharFormat() 实现字符格式的定制。

函数原型与嵌套关系如下：

QTextCursor: QTextEdit::textCursor() const QTextCursor: void QTextCursor::setCharFormat(const QTextCharFormat &format) //方法 QTextCharFormat: void setForeground(const QBrush &brush) //方法 QBrush: QBrush(const QColor &color, const QPixmap &pixmap) //构造函数 QColor: QColor(const QColor &color) //构造函数 将该功能封装为一个函数，参数分别为字体颜色和待显示文本：

void Widget::setInsertColor(Qt::GlobalColor color, QString str) { // 获取当前光标位置 QTextCursor cursor = ui->textEdit_rev->textCursor(); QTextCharFormat format; // 设置字符前景色 format.setForeground(QColor(color)); cursor.setCharFormat(format); // 插入带颜色的文本并换行 cursor.insertText(str + "\n"); }

3.4、客户端断开检测

当客户端主动断开连接时，服务器会接收到 disconnected() 信号。通过绑定该信号与槽函数，可以及时检测到客户端的断开行为。

绑定 disconnected() 信号：

connect(tcpSocket, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(on_disconnected()));

客户端断开连接槽函数实现：

在槽函数中完成以下操作：

• 在文本框中提示客户端已退出；
• 从下拉框中移除对应客户端的端口号；
• 删除客户端对象；
• 判断是否仍有连接中的客户端，决定是否禁用发送按钮。

void Widget::on_disconnected() { QTcpSocket *tcpSocket = qobject_cast<QTcpSocket *>(sender()); ui->textEdit_Rev->append("client quit!"); // 查找并移除选项框中对应的端口号 int tempIdx = ui->comboBox_child->findText(QString::number(tcpSocket->peerPort())); if (tempIdx != -1) { ui->comboBox_child->removeItem(tempIdx); } // 删除客户端对象 tcpSocket->deleteLater(); // 若无其他客户端，禁用发送按钮 if (server->findChildren<QTcpSocket*>().isEmpty()) { ui->btnSend->setEnabled(false); } }

3.5、停止监听的实现

点击“停止监听”按钮后，需关闭所有已连接的客户端，并关闭服务器本身。

槽函数实现如下：

void Widget::on_btnStopListen_clicked() { // 获取所有已连接的客户端 QList<QTcpSocket *> clients = server->findChildren<QTcpSocket*>(); for (QTcpSocket *temp : clients) { temp->close(); // 关闭连接 } server->close(); // 关闭服务器 }

Part4、TCP客户端项目开发及优化

4.1、检测连接状态

客户端成功连接服务器时会发出 connected() 信号，若连接失败则会发出 error() 信号。但由于错误信号响应存在延迟，因此可使用定时器机制判断是否超时。

构造函数中初始化定时器：

// 初始化定时器 timer = new QTimer(this); timer->setSingleShot(true); // 单次触发 timer->setInterval(3000); // 超时时间为3秒 // 启动定时器 timer->start();

绑定信号与槽函数：

connect(client, SIGNAL(connected()), this, SLOT(on_connected())); connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(on_timer_out()));

连接成功槽函数实现：

void Widget::on_connected() { timer->stop(); // 停止定时器 ui->textEdit_rev->append("连接成功"); // 更新控件状态 ui->btnDisconnect->setEnabled(true); ui->btnSend->setEnabled(true); ui->lineEdit_addr->setEnabled(false); ui->lineEdit_port->setEnabled(false); ui->btnConnect->setEnabled(false); this->setEnabled(true); // 光标定位至末尾 ui->textEdit_rev->moveCursor(QTextCursor::End); ui->textEdit_rev->ensureCursorVisible(); }

连接超时槽函数实现：

void Widget::on_timer_out() { ui->textEdit_rev->append("连接超时"); client->abort(); // 中止连接 this->setEnabled(true); on_btnDisconnect_clicked(); // 手动调用断开连接 }

4.2、其他细节功能

文本框特定颜色分区

与服务器端相同，使用自定义函数实现带颜色的文本插入：

void Widget::setInsertColor(Qt::GlobalColor color, QString str) { QTextCursor cursor = ui->textEdit_rev->textCursor(); QTextCharFormat format; format.setForeground(QColor(color)); cursor.setCharFormat(format); cursor.insertText(str + "\n"); }

控件使能与失能控制

通过 setEnabled() 方法控制控件的可用状态：

ui->btnDisconnect->setEnabled(false); ui->btnSend->setEnabled(false);

文本框自动滚动到底部

确保每次插入新内容后，光标自动定位至最后一行：

ui->textEdit_rev->moveCursor(QTextCursor::End); ui->textEdit_rev->ensureCursorVisible();

Part5、总结

主要知识点总结如下：

TCPServer 类相关 API 与常用信号

QTcpSocket 类常用 API 与信号

QTextEdit 内容读取与写入方法