c++中如何以服务器为消息转发跳板实现客户之间的TCP通讯

标题

• c++中如何以服务器为消息转发跳板实现客户之间的TCP通讯
• • 通讯协议的设计
  • 客户端类的设计
  • • 建立连接
    • 发送消息
    • 接收消息
    • 服务器窗口类的设计
    • 服务器类的设计
    • 服务器tcp套接字类

      c++中如何以服务器为消息转发跳板实现客户之间的TCP通讯

      小编我呢最近在学习TCP通讯，作为一个软工人，竟然今天才真正学习了解，╭(╯^╰)╮。大学颓废的故事以后可以给大家讲讲。

      具体而言就是利用TCP通讯技术实现了A客户与B客户以服务器为消息转发跳板进行信息通讯。

      

      这里主要涉及到了以下知识点：

      • 通讯协议的设计
      • 客户端类的设计
      • 服务器窗口类的设计
      • 服务器类的设计
      • 服务器端tcp套接字类的设计

        这里需要解释下为什么关于服务器的类有三个。

        1. 第一个是服务器窗口类，这个类继承的是QWidget，这是个窗口组件，它将包含一个服务器类。
        2. 服务器类继承的是QTcpServer，这是qt库中关于tcp连接的服务器类。主要目的是管理客户端与自身的tcp连接。
        3. 服务器端tcp套接字类继承的是QTcpSocket，它主要负责单个TCP连接通路的服务器端的收发信息任务。
        4. 由于这里的设计是客户端只能与服务器端进行通讯，也就是说，在任意时刻客户端连接上的tcp通路只会有1个。然而服务器端并不是如此，它在任意时刻可以同时连接多个客户端，这就导致服务器端需要管理这些tcp通路。这也是为什么需要将服务器类重新抽象为3个类。

        通讯协议的设计

        通讯协议的设计分为：

        • 协议数据单元的设计
        • 数据单元类型的设计
        • 创建数据单元的函数方法设计

          协议数据单元就是指在tcp连接通路中进行传输的单个单位的数据。这个数据是有格式，一般而言分为数据总长度、数据内容等等，且通过结构体进行组织。以下就是一个协议数据单元的结构体。具体内部设计看业务需要，所以不需要一样。

          // 协议数据单元
          struct PDU
          {
              uint uiPDULen;   // 一个协议数据单元的总长度，包括uiPDULen, uiMsgType, caData, uiMsgLen, caMsg的长度
              uint uiMsgType;  // 数据类型
              char caData[64]; // 文件名
              uint uiMsgLen;   // 实际数据长度
              int caMsg[];     // 实际数据
          };
          

          数据单元类型的设计，通过用枚举进行声明各式各样的数据单元类型

          // 消息类型
          enum ENUM_MSG_TYPE
          {
              ENUM_MSG_TYPE_MIN = 0x0,
              ENUM_MSG_TYPE_REGIST_REQUEST, // 注册请求
              ENUM_MSG_TYPE_REGIST_RESPOND, // 注册回复
              ENUM_MSG_TYPE_LOGIN_REQUEST,  // 登录请求
              ENUM_MSG_TYPE_LOGIN_RESPOND,  // 登录回复
              ENUM_MSG_TYPE_ONLINE_REQUEST, // 获取在线好友信息请求
              ENUM_MSG_TYPE_ONLINE_RESPOND, // 在线好友信息回复
              ENUM_MSG_TYPE_SEARCH_USR_REQUEST, // 搜索好友请求
              ENUM_MSG_TYPE_SEARCH_USR_RESPOND, // 搜索好友回复
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_REQUEST, // 加好友请求
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_RESPOND, // 加好友回复
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_AGREE_REQUEST, // 同意加好友请求
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_AGREE_RESPOND, // 同意加好友回复
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_REJECT_REQUEST, // 拒绝加好友请求
              ENUM_MSG_TYPE_ADD_FRIEND_REJECT_RESPOND, // 拒绝加好友回复
              ENUM_MSG_TYPE_MAX = 0x00ffffff
          };
          

          创建协议数据单元的函数方法设计如下：

          PDU *mkPDU(uint uiMsgLen)
          {
              uint uiPDULen = sizeof(PDU) + uiMsgLen;
              PDU* pdu = (PDU*)malloc(uiPDULen); // 开辟一个uiPDULen个字节大小的空间
              if (pdu == nullptr)
              {
                  exit(EXIT_FAILURE); // 程序停止执行所有剩余的代码，释放分配的内存，关闭打开的文件（执行与之关联的清理动作），并通知操作系统进程已结束。
              }
              memset(pdu, 0, uiPDULen); // 初始化从pdu地址开始之后的uiPDULen个字节空间，每个字节空间存放一个int类型的数字0
              pdu->uiPDULen = uiPDULen; // PDU长度
              pdu->uiMsgLen = uiMsgLen; // 数据实际长度
              return pdu;
          }
          

          客户端类的设计

          客户端的功能如下：

          • 建立连接
          • 发送信息
          • 接收信息

            建立连接

            this->m_tcpSocket.connectToHost(QHostAddress(this->m_strIP), this->m_usPort); 
            

            上述代码是用来建立客户端和服务器端的连接的，m_tcpSocket是QTcpSocket类的实例，m_strIP和m_usPort是要与之连接的服务器的ip地址和端口。

            当连接建立后，该tcp连接对象m_tcpSocket将会发送一个 connected() 信号。我们可以用写一个通知连接成功的槽函数去和这个信号建立连接。

            connect(&m_tcpSocket, SIGNAL(connected()), this, SLOT(showConnect()));
            

            发送消息

            m_tcpSocket.write((char*)pdu, pdu->uiPDULen);
            

            上述代码就是用来在tcp连接中发送消息的，其中pdu是一个协议数据单元结构体的指针，pdu->uiPDULen是协议数据单元的数据大小，单位为字节，这句代码的具体含义是：将pdu所指向的uiPUDLen大小的空间中的数据传入tcp连接通路。

            接收消息

            为了及时捕获到套接字接收缓冲区中的数据，需要将接收数据的槽函数与readyRead()信号进行绑定。

            补充下，当自己这边的套接字缓冲区收到对方发来的消息时会自动触发信号 readyRead()。

            connect(&m_tcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(recvMessage()));
            

            recvMessage槽函数的功能是接收数据以及解析数据，以下述代码为例

            qDebug() 
                qDebug() 
                QList
                    if (mySocket == *iter)
                    {
                        (*iter) - deleteLater();
                        *iter = nullptr;
                        m_tcpSocketList.erase(iter);
                        break;
                    }
                }
                for (int i = 0; i write((char*)pdu, pdu->uiPDULen);
                        break;
                    }
                }
            }
            

            上述这个函数方法的第一个参数是客户端的名字，由于任意时刻单个客户端只能对应一个tcp连接，故可以用客户端的名字唯一标识一个tcp套接字连接对象。

            它将在服务器tcp套接字类中被使用，使用的方式是调用服务器类的单例，然后调用这个方法，转发pdu。

            服务器tcp套接字类

            它负责的功能如下：

            • 消息的接收和发送
            • tcp连接断开的收尾操作

              消息的接收和发送，依旧使用的是QTcpSocket::write() 和QTcpSocket::read()方法。

              tcp连接断开的收尾操作的执行需要依赖对disconnect()信号的响应

              connect(this, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(clientOffline()));
              

              void MyTcpSocket::clientOffline()
              {
                  char name[64] = {"\0"};
                  strcpy(name, m_name.toStdString().c_str());
                  OpeDB::getInstance().handleOffline(name);
                  emit offline(this);
              }
              

              备注：上述内容总结自b站的c++网盘项目