Qt5.14.2 P2P聊天系统开发实战，跨平台通话零距离

在日益发达的互联网时代，即时通讯已经成为人与人之间沟通的重要渠道之一。无论是办公场合还是生活闲聊，一款优秀的聊天软件都能为我们提供高效、便捷的沟通体验。今天，我们就来一探Qt5构建P2P聊天系统的奥秘，亲手打造一款跨平台的实时通话应用!

一、系统架构

我们将构建一个基于C/S架构的P2P聊天系统。其中，服务端负责管理在线用户并转发数据，客户端则通过服务端建立直连后进行音视频通话。整体架构设计如下:

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|    Server     |
|  - User Mgmt  |
|  - Data Relay |
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+---------------+
|    Client     |
|  - P2P Module |
|  - Media I/O  |
|  - UI         |  
+---------------+

服务端和客户端将分别作为独立的Qt项目开发和部署，双方通过TCP套接字进行数据交换，支持文本、语音和视频等多媒体通话。

二、服务端开发

首先从服务端开始，它主要包含用户管理(UserManager)和数据转发(DataRelay)两部分功能。

1、用户管理模块

UserManager用于维护在线用户列表，处理登录、注册及查询请求。它的核心是一个QMap<QString，QTcpSocket*>类型的成员，作为用户名到套接字描述符的映射表:

// usermanager.h
class UserManager : public QObject
{Q_OBJECTpublic:// 获取单例static UserManager* instance();// 注册新用户void registerUser(const QString& name, QTcpSocket* sock);// 查询在线用户列表  QStringList onlineUsers() const;signals:// 用户上线信号void userOnline(const QString& name);// 用户下线信号 void userOffline(const QString& name);private:// 用户映射表QMap<QString, QTcpSocket*> m_users;
};

新用户上线时，服务端会接收其注册请求，然后由registerUser函数处理并更新用户映射表。下线用户时，服务端通过socket的disconnected信号移除对应的映射项。

2、数据转发模块

DataRelay负责在两个通话方之间转发信令和媒体数据，实现消息中继。我们可以在服务端创建一个QTcpServer，监听客户端连接请求。对每个新连接，DataRelay会先行验证身份，建立QTcpSocket并加入对应的Client派生类实例:

// datarelay.h
class DataRelay : public QTcpServer
{Q_OBJECTpublic:DataRelay(QObject* parent = nullptr);protected:// 处理新连接void incomingConnection(qintptr handle) override;private:// 客户端实例表QVector<Client*> m_clients;
};// datarelay.cpp
void DataRelay::incomingConnection(qintptr handle)
{QTcpSocket* socket = new QTcpSocket(this);socket->setSocketDescriptor(handle);Client* client = new Client(this, socket);m_clients.append(client);connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {client->onReadyRead();});connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, [=]() {m_clients.removeOne(client);client->deleteLater();});
}

Client类维护单个客户端的通话会话，完成协议解析、数据转发等功能。它是服务端和客户端的桥梁，承担着核心的消息路由职责:

// client.h 
class Client : public QObject
{Q_OBJECTpublic:Client(QObject* parent, QTcpSocket* socket);// 处理读取的数据void onReadyRead();// 发送数据void send(const QByteArray& data);private:QTcpSocket* m_socket;QString m_name;QString m_peer;
};// client.cpp
void Client::onReadyRead()
{// 解析协议...QByteArray data = m_socket->readAll();// 判断消息类型if (isCallRequest(data)) {// 处理呼叫请求...QString peer = parsePeer(data);if (havePeer(peer)) {// 转发给对端findPeer(peer)->send(data);}} else {// 转发给对端findPeer(m_peer)->send(data);}
}void Client::send(const QByteArray& data)
{m_socket->write(data);
}

可以看到，onReadyRead函数用于读取和解析客户端发来的请求数据包。Client会先判断数据包是呼叫请求还是普通数据，如果是呼叫请求，则查找被叫方是否在线，若在线就转发该请求;如果是普通数据，则直接将其转发给对端。

3、服务端总览

现在，我们就可以完成服务端的总体架构了:

// server.h
class Server : public QObject 
{Q_OBJECTpublic:Server(QObject* parent = nullptr);void start();private:UserManager* m_userManager;DataRelay* m_relay;
};// server.cpp
Server::Server(QObject* parent): QObject(parent), m_userManager(UserManager::instance()),m_relay(new DataRelay(this))
{// 连接信号与槽connect(m_relay, &DataRelay::newConnection, [=](){// 新连接时提示});// 其他初始化...
}void Server::start()
{m_relay->listen(QHostAddress::Any, 6666);
}

在QObject派生类Server中，我们组合了UserManager和DataRelay两个关键部件。当启动监听后，服务端就能响应客户端的连接请求，交换信令和媒体数据，完成信令和数据的转发工作。

三、客户端开发

客户端除了网络模块和UI之外，还需要集成媒体I/O(audio/video)处理能力，从而实现多媒体通话功能。

1、P2P网络模块

P2PClient类主要负责与服务端进行通信，发起呼叫、接听呼叫和传输数据等底层网络操作:

// p2pclient.h
class P2PClient : public QObject
{Q_OBJECTpublic:P2PClient(QObject* parent = nullptr);// 连接服务器void connectToServer(const QString& server， quint16 port);// 登录 void login(const QString& username);// 呼叫void call(const QString& peer);// 发送数据void sendData(const QByteArray& data);signals:// 连接服务器成功void serverConnected();// 登录成功void loginSuccess(const QString& username);// 收到新呼叫void newCall(const QString& caller);// 收到对端数据void dataReceived(const QByteArray& data);private slots:// 读取服务器数据void onServerData();// 连接断开处理   void onDisconnected();private:QTcpSocket* m_socket;QString m_username;QString m_peer;
};

P2PClient通过QTcpSocket与服务端进行数据交互，实现登录、呼叫、发送数据等功能，同时定义了相应的信号，以便将网络事件传递给UI层。

具体的网络操作细节比如协议解析、状态维护等，这里不再赘述。读者可以自行根据需求进行实现。

2、媒体I/O模块

为了支持语音和视频通话，我们需要集成媒体I/O功能，包括音视频采集、编解码、渲染等。Qt多媒体模块为我们提供了现成的跨平台接口，例如QAudioInput/QAudioOutput用于音频I/O，QCamera/QAbstractVideoSurface用于视频I/O。

// audioinput.h
class AudioInput : public QAudioInput
{Q_OBJECTpublic:AudioInput(const QAudioFormat &format, QObject* parent = nullptr);// 开始录音bool startRecording();protected:// 重载收到音频数据处理函数qint64 readData(char* data, qint64 maxSize) override;signals:// 音频数据就绪信号void audioReady(const QByteArray& audioData);private:// 音频缓冲区QByteArray m_buffer;
};

通过继承QAudioInput并重载readData函数，我们就可以从系统音频设备持续获取PCM原始数据流，并通过信号将其传递出去。视频部分的VideoInput同理。

这些音视频数据经过编码后就可以通过P2PClient模块发送给对方，对方收到后再进行解码和渲染，最终呈现在屏幕和扬声器上。

3、UI实现

最后是Qt客户端程序的UI实现，我们可以在这个阶段将上面的网络和媒体模块组装起来，完成最终的交互逻辑。

UI层主要包括一个登录界面和一个通话界面。登录界面比较简单，就是获取用户名并连接服务器:

// loginview.cpp
LoginView::LoginView(P2PClient* client): m_client(client)
{// 初始化UI...// 连接login按钮信号connect(m_loginBtn, &QPushButton::clicked, [=]() {QString username = m_usernameEdit->text();m_client->login(username);});// 连接P2PClient信号connect(m_client, &P2PClient::loginSuccess, this, &LoginView::onLoginSuccess);connect(m_client, &P2PClient::serverConnected, this, &LoginView::onServerConnected);
}void LoginView::onLoginSuccess(const QString& username)
{// 隐藏登录界面,显示通话界面hide();CallView* view = new CallView(m_client, username);view->show();
}

通话界面就相对复杂一些了，它需要集成各种UI控件和交互逻辑，并与网络和媒体模块紧密配合，最终构建起完整的通话流程。比如:

// callview.cpp
CallView::CallView(P2PClient* client, const QString& selfId): m_client(client), m_selfId(selfId)
{// 初始化UI...// 设置本地视频渲染m_localVideoLbl->setVideoSurface(m_videoInput.videoSurface());// 设置音频输入和输出m_audioInput.startRecording();m_audioOutput.start(); // 连接信号与槽connect(m_client, &P2PClient::newCall, this, &CallView::onNewCall);connect(m_client, &P2PClient::dataReceived, this, &CallView::onDataReceived);connect(m_audioInput, &AudioInput::audioReady, this, &CallView::onAudioReady); // ...
}void CallView::onNewCall(const QString& caller)
{// 新呼叫到来,弹出接听选择框QMessageBox::StandardButton res = QMessageBox::question(this, "Incoming Call", QString("%1 is calling you, answer?").arg(caller));if (res == QMessageBox::Yes) {m_client->call(caller); // 接听// 开始通话...} else {// 拒绝}
}void CallView::onDataReceived(const QByteArray& data) 
{// 收到对端数据,判断类型并作出响应if (isAudioData(data)) {m_audioOutput.writeData(data);} else if (isVideoData(data)) {m_remoteVideoLbl->updateFrame(data); }// ...
}void CallView::onAudioReady(const QByteArray& audioData)
{// 获取音频输入数据,编码并发送m_client->sendData(encodeAudio(audioData));
}

可以看到，在CallView中我们综合应用了网络、音视频等各模块的功能，最终构建出了一个完整的通话场景。用户可以发起或接听呼叫，对端数据到来时自动进行音视频渲染，本地设备数据则通过编码后发送给对方。

这只是一个简单的示例，在实战项目中，我们可能还需要处理更多的UI交互细节，比如呼叫转移、音视频设置、会话管理等。但只要理解了基本原理，运用Qt强大的跨平台支持和丰富的技术栈，我们就能打造出媲美主流IM的通讯应用。