从零开始学Qt（89）：UDP单播和广播

实例程序实现UDP单播和广播，其主窗口是继承自QMainWindow的类，界面用UI设计器设计。程序可以进行UDP数据报的发送和接收，两个运行实例之间可以进行UDP通信，这两个实例可以运行在同一台计算机上，也可以运行在不同的计算机上。下图是两个实例在一台计算机上运行时通信的界面。

在同一台计算机上运行时，两个运行实例需要绑定不同的端口，例如实例A绑定端口1200, 实例B绑定端口3355。实例A向实例B发送数据报时，需要指定实例B所在主机的IP地址、绑定端口作为目标地址和目标端口，这样实例B才能接收到数据报。

如果两个实例在不同计算机上运行，则可以使用相同的端口，因为IP地址不同了，不会导致绑定时发生冲突。一般的UDP通信程序都是在不同的计算机上运行的，约定一个固定的端口作为通信端口。

1. 主窗口类定义和构造函数

主窗口是基于QMainWindow的类MainWindow，界面用UI设计器设计。MainWindow类的定义如下（省略了UI设计器为actions和按钮生成的槽函数声明）：

class MainWindow : public QMainWindow
{
	Q_OBJECT
public:
  MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
  ~MainWindow();
private:
  Ui::MainWindow *ui;
  QLabel *LabSocketState;//状态栏标签
  QUdpSocket *udpSocket;
  QString getLocalIP();//获取本机 IP 地址
private slots:
//自定义槽函数
  void onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);
  void onSocketReadyRead();//读取 socket 传入的数据
};           

QUdpSocket类型的私有变量udpSocket是用于UDP通信的socket。

定义了两个自定义槽函数，onSocketStateChange()与udpSocket的stateChange()信号关联，用于显示udpSocket当前的状态；onSocketReadyRead()信号与udpSocket的readyRead()信号关联，用于读取缓冲区的数据报。

MainWindow的构造函数主要完成udpSocket的创建、信号与槽函数的关联，代码如下：

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
: QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{
  ui->setupUi(this);
  LabSocketState=new QLabel("Socket 状态：");
  LabSocketState->setMinimumWidth(200);
  ui->statusbar->addWidget(LabSocketState);
  QString localIP=getLocalIP() ; //本机 IP
  this->setWindowTitle(this->windowTitle()+" 本机 IP: "+localIP);
  ui->comboIP->addItem(localIP);
  udpSocket=new QUdpSocket(this);
  connect(udpSocket,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),
  	this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
  onSocketStateChange(udpSocket->state());
  connect(udpSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(onSocketReadyRead()));
}           

槽函数onSocketStateChange()的功能与前面文章中的TCP通信程序里的完全一样，不再显示其具体代码。

2. UDP端口绑定

要实现UDP数据的接收，必须先用QUdpSocket::bind()函数绑定一个端口，用于监听传入的数据报，解除绑定则使用abort()函数。程序主窗口上的“绑定端口”和“解除绑定”按钮的响应代码如下：

void MainWindow::on_actionStart_triggered()
{//绑定端口
  quint16 port=ui->spinBindPort->value(); //本机 UDP 端口
  if(udpSocket->bind(port)){ //绑定端口成功
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已成功绑定");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定端口： "+QString::number(udpSocket->localPort()));
    ui->actionStart->setEnabled(false);
    ui->actionStop->setEnabled(true);
  }else{
  	ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定失败");
  }
}

void MainWindow::on_actionStop_triggered()
{//解除绑定
  udpSocket->abort(); //解除绑定
  ui->actionStart->setEnabled(true);
  ui->actionStop->setEnabled(false);
  ui->plainTextEdit->appendPlainText("**己解除绑定");
}           

绑定端口后，socket的状态变为己绑定状态“BoundState”，解除绑定后状态变为未连接状态“UnconnectedState”。

3.UDP通信实现

发送点对点消息和广播消息都使用QUdpSocket::writeDatagram()函数，窗口上“发送消息”和“广播消息”两个按钮的代码如下：

void MainWindow::on_btnSend_clicked()
{ //发送消息按钮
  QString targetIP=ui->comboIP->currentText(); //目标IP
  QHostAddress targetAddr(targetIP);
  quint16 targetPort=ui->spinTargetPort->value(); //目标 port
  QString msg=ui->edtMsg->text();//发送的消息内容
  QByteArray str=msg.toUtf8();
  udpSocket->writeDatagram(str, targetAddr, targetPort); //发出数据报
  ui->plainTextEdit->appendPlainText("[out] "+msg);
  ui->edtMsg->clear();
  ui->edtMsg->setFocus();
}

void MainWindow::on_btnBroadcast_clicked()
{//广播消息按钮
  quint16 targetPort=ui->spinTargetPort->value(); //目标端口
  QString msg=ui->edtMsg->text();
  QByteArray str=msg.toUtf8();
  udpSocket->writeDatagram(str,QHostAddress::Broadcast,targetPort);
  ui->plainTextEdit->appendPlainText("[broadcast] "+msg);
  ui->edtMsg->clear();
  ui->edtMsg->setFocus();
}           

使用writeDatagram()函数向一个目标用户发送消息时，需要指定目标地址和端口。

在广播消息时，只需将目标地址更换为一个特殊地址，即广播地址QHostAddress::Broadcast， 一般是255.255.255.255。

QUdpSocket发送的数据报是QByteArray类型的字节数组，数据报的长度一般不超过512字节。数据报的内容可以是文本字符串，也可以自定义格式的二进制数据，文本字符串无需以换行符结束。

QUdpSocket接收到数据报后发射readyRead()信号，在关联的槽函数onSocketReadyRead()里读取缓冲区的数据报，代码如下：

void MainWindow::onSocketReadyRead()
{//读取收到的数据报
  while(udpSocket->hasPendingDatagrams()){
    QByteArray datagram;
    datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
    QHostAddress peerAddr;
    quint16 peerPort;
    udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &peerAddr, &peerPort);
    QString str=datagram.data();
    QString peer="[From "+peerAddr.toString()+":"+QString::number(peerPort)+"] ";
    ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
  }
}           

hasPendingDatagrams()表示是否有待读取的传入数据报。pendingDatagramSize()返回待读取数据报的字节数。readDatagram()函数用于读取数据报的内容，其函数原型为：

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

输入参数data和maxSize是必须的，表示最多读取maxSize字节的数据到变量data里。address和port变量是可选的，用于获取数据报来源的地址和端口。上面的代码中使用了完整的参数形式，从而可以获得数据报来源的地址peerAddr和端口peerPort。如果无需获取来源地址和端口，可以采用简略形式，即：

udpSocket->readDatagram(datagram.data(),datagram.size());           

读取的数据报内容是QByteArray字节数组，因为本程序只是传输字符串，所以简单地将其转换为字符串即可。如果传输的是自定义格式的字符串或二进制数据，需要对接收到的数据进行解析。

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