【Qt开发流程】之UDP

概述

UDP (User Datagram Protocol)是一种简单的传输层协议。与TCP不同，UDP不提供可靠的数据传输和错误检测机制。UDP主要用于那些对实时性要求较高、对数据传输可靠性要求较低的应用，如音频、视频、实时游戏等。

UDP使用无连接的数据报传输模式。在传输数据之前，发送方和接收方不需要建立一个持久的连接，只需发送数据报文即可。每个数据报文都是独立的，没有前后关系，因此也不必保证按照发送的顺序接收。

UDP协议的特点包括：

  1. 无连接性：发送方和接收方之间不需要建立和维护连接。
  2. 快速性：由于无连接性，UDP的传输速度相对较快。
  3. 无可靠性保证：UDP不提供可靠的数据传输，不保证数据的完整性和正确性。
  4. 简单性：UDP的协议头部较短，占用的数据传输量较小。

UDP数据传输示意图：
在这里插入图片描述

QUdpSocket

QUdpSocket类提供了UDP套接字。
QUdpSocket是QAbstractSocket的一个子类，它允许发送和接收UDP数据报。
这里的socket就是所谓的套接字，简单地说，就是一个Ip地址+一个Port端口号。
使用这个类最常见的方法是使用bind()绑定到一个地址和端口，然后调用writeDatagram()和readDatagram() / receiveDatagram()来传输数据。如果想使用标准的QIODevice函数read()， readLine()， write()等，必须首先通过调用connectToHost()将套接字直接连接到对等体。
套接字每次将数据报写入网络时都会发出bytesWritten()信号。如果您只想发送数据报，则不需要调用bind()。
每当数据报到达时，就会发出readyRead()信号。在这种情况下，hasPendingDatagrams()返回true。调用pendingDatagramSize()来获取第一个挂起数据报的大小，并调用readDatagram()或receiveDatagram()来读取它。
注意:当接收readyRead()信号时，应该读取传入的数据报，否则将不会为下一个数据报发出该信号。

QUdpSocket支持IPv4广播，IPv4广播是一种在IPv4网络中向同一网络中的所有主机发送数据的方式。
在IPv4网络中，广播地址是一个特殊的IP地址，用于指示对应网络中的所有主机。

IPv4广播使用的是一个特定的IP地址，即网络地址的所有主机位都为1的情况下，主机地址为0。例如，在一个192.168.0.0/24的网络中，广播地址为192.168.0.255。

使用IPv4广播，可以将数据一次性发送到同一网络中的所有主机，而不需要逐个发送给每个主机。这在某些应用中非常有用，例如在局域网中通知所有主机进行某项操作，或者在DHCP协议中分发IP地址等。

然而，由于IPv4广播发送的数据会被同一网络中的所有主机接收，这也可能会造成一些安全和性能问题。因此，在IPv4网络中广播的使用需要谨慎，并需要对广播进行适当的限制和控制。

例如：

  void Server::initSocket(){udpSocket = new QUdpSocket(this);udpSocket->bind(QHostAddress::LocalHost, 7755);connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()),this, SLOT(readPendingDatagrams()));}void Server::readPendingDatagrams(){while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {QNetworkDatagram datagram = udpSocket->receiveDatagram();processTheDatagram(datagram);}}

QUdpSocket还支持UDP组播。使用joinMulticastGroup()和leaveMulticastGroup()来控制组成员，使用QAbstractSocket::MulticastTtlOption和QAbstractSocket::MulticastLoopbackOption来设置TTL和loopback套接字选项。使用setMulticastInterface()控制组播数据报的出接口，使用multicastInterface()进行查询。
使用QUdpSocket，还可以使用connectToHost()与UDP服务器建立虚拟连接，然后使用read()和write()交换数据报，而无需指定每个数据报的接收者。

示例

以下是一个发送者，一个接收者，发送者定时发送数据，接收者进行显示
sender.h

#include <QWidget>QT_BEGIN_NAMESPACE
class QDialogButtonBox;
class QLabel;
class QPushButton;
class QTimer;
class QUdpSocket;
QT_END_NAMESPACEclass Sender : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Sender(QWidget *parent = 0);private slots:void startBroadcasting();void broadcastDatagram();private:QLabel *statusLabel;QPushButton *startButton;QPushButton *quitButton;QDialogButtonBox *buttonBox;QUdpSocket *udpSocket;QTimer *timer;int messageNo;
};

sender.cpp

#include <QtWidgets>
#include <QtNetwork>#include "sender.h"Sender::Sender(QWidget *parent): QWidget(parent)
{statusLabel = new QLabel(tr("绑定 端口 45454"));statusLabel->setWordWrap(true);startButton = new QPushButton(tr("&Start"));quitButton = new QPushButton(tr("&Quit"));buttonBox = new QDialogButtonBox;buttonBox->addButton(startButton, QDialogButtonBox::ActionRole);buttonBox->addButton(quitButton, QDialogButtonBox::RejectRole);timer = new QTimer(this);udpSocket = new QUdpSocket(this);messageNo = 1;connect(startButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(startBroadcasting()));connect(quitButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(close()));connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(broadcastDatagram()));QVBoxLayout *mainLayout = new QVBoxLayout;mainLayout->addWidget(statusLabel);mainLayout->addWidget(buttonBox);setLayout(mainLayout);setWindowTitle(tr("广播发送"));
}void Sender::startBroadcasting()
{startButton->setEnabled(false);timer->start(1000);
}void Sender::broadcastDatagram()
{statusLabel->setText(tr("现在 广播 信息 %1").arg(messageNo));QByteArray datagram = "广播 信息 " + QByteArray::number(messageNo);udpSocket->writeDatagram(datagram.data(), datagram.size(),QHostAddress::Broadcast, 45454);++messageNo;
}

receiver.h

#include <QWidget>QT_BEGIN_NAMESPACE
class QLabel;
class QPushButton;
class QUdpSocket;
class QAction;
QT_END_NAMESPACEclass Receiver : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Receiver(QWidget *parent = 0);private slots:void processPendingDatagrams();private:QLabel *statusLabel;QPushButton *quitButton;QUdpSocket *udpSocket;
};

receiver.cpp

#include <QtWidgets>
#include <QtNetwork>#include "receiver.h"Receiver::Receiver(QWidget *parent): QWidget(parent)
{statusLabel = new QLabel(tr("监听 广播 信息"));statusLabel->setWordWrap(true);quitButton = new QPushButton(tr("&Quit"));udpSocket = new QUdpSocket(this);udpSocket->bind(45454, QUdpSocket::ShareAddress);connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()),this, SLOT(processPendingDatagrams()));connect(quitButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(close()));QHBoxLayout *buttonLayout = new QHBoxLayout;buttonLayout->addStretch(1);buttonLayout->addWidget(quitButton);buttonLayout->addStretch(1);QVBoxLayout *mainLayout = new QVBoxLayout;mainLayout->addWidget(statusLabel);mainLayout->addLayout(buttonLayout);setLayout(mainLayout);setWindowTitle(tr("广播 接收"));
}void Receiver::processPendingDatagrams()
{while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {QByteArray datagram;datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size());statusLabel->setText(tr("接收 数据: \"%1\"").arg(datagram.data()));}
}

效果

默认显示如下：
在这里插入图片描述
当点击发送时：
在这里插入图片描述

结论

青春就像一只容器，装满了不安躁动青涩与偶尔的疯狂。

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