C++ Qt開發：QUdpSocket實現組播通信

Qt 是一個跨平臺C++圖形界面開發庫，利用Qt可以快速開發跨平臺窗體應用程序，在Qt中我們可以通過拖拽的方式將不同組件放到指定的位置，實現圖形化開發極大的方便了開發效率，本章將重點介紹如何運用QUdpSocket組件實現基於UDP的組播通信。

組播是一種一對多的通信方式，允許一個發送者將數據報文發送到多個接收者，這些接收者通過共享相同的組播IP地址進行通信。在設置組播地址時需要注意，該範圍被限制在239.0.0.0～239.255.255.255以內，這是預留給組播的地址範圍。

setSocketOption 設置套接字

在Qt中使用組播，首先需要調用setSocketOption函數，該函數是 QUdpSocket 類的成員函數，用於設置套接字的選項。

該函數原型如下：

bool QUdpSocket::setSocketOption(
    QAbstractSocket::SocketOption option, 
    const QVariant & value
)

• option：要設置的套接字選項，這裏應該是 QAbstractSocket::MulticastTtlOption，表示設置多播 TTL 選項。
• value：選項的值，這裏應該是 TTL 的值。在 IPv4 中，TTL 是一個 8 位的字段，表示數據報在網絡中允許經過的最大路由器數量。通常情況下，TTL 值越大，數據報能夠傳播的範圍就越廣。

函數返回一個 bool 類型的值，表示是否成功設置了選項。如果設置成功，返回 true，否則返回 false。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    udpSocket=new QUdpSocket(this);

    // 設置爲多播
    udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption,1);
}

bind 綁定套接字地址

接着就是對特定端口的綁定，綁定端口可以通過調用bind函數，該函數用於將 QUdpSocket 綁定到指定的本地地址和端口，並設置特定的綁定選項。

在我們的課件中，使用 bind() 將 QUdpSocket 綁定到 IPv4 的任意地址，並指定了一個組播（Multicast）端口，同時設置了共享地址（ShareAddress）選項。

該函數原型如下：

void QUdpSocket::bind(
    const QHostAddress & address, 
    quint16 port, 
    BindMode mode = DefaultForPlatform
)

• address：要綁定的本地地址，這裏使用 QHostAddress::AnyIPv4 表示綁定到 IPv4 的任意地址。
• port：要綁定的本地端口號，這裏應該是組播端口號。
• mode：綁定模式，指定套接字的行爲。這裏使用 QUdpSocket::ShareAddress 表示共享地址選項，它允許多個套接字同時綁定到相同的地址和端口。

函數將 QUdpSocket 綁定到指定的地址和端口，並且允許多個套接字同時共享相同的地址和端口。

joinMulticastGroup 加入組播

joinMulticastGroup() 函數是 QUdpSocket 類的成員函數，用於將 QUdpSocket 加入指定的多播組。

該函數原型如下：

bool QUdpSocket::joinMulticastGroup(
    const QHostAddress & groupAddress, 
    const QNetworkInterface & iface = QNetworkInterface()
)

• groupAddress：要加入的多播組的組播地址。
• iface：要加入多播組的網絡接口。默認情況下，會選擇默認的網絡接口。

函數返回一個 bool 類型的值，表示是否成功加入了多播組。如果成功加入多播組，返回 true；否則返回 false。通過調用 joinMulticastGroup() 函數，QUdpSocket 將成爲指定多播組的成員，並能夠接收該多播組發送的數據報。

// 開始組播
void MainWindow::on_pushButton_start_clicked()
{
    // 獲取IP
    QString IP= ui->lineEdit_address->text();
    groupAddress=QHostAddress(IP);

    // 獲取端口
    quint16 groupPort = ui->lineEdit_port->text().toUInt();

    // 綁定端口
    if (udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4, groupPort, QUdpSocket::ShareAddress))
    {
        // 加入組播
        udpSocket->joinMulticastGroup(groupAddress);
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("[*] 加入組播 " + IP + ":" + QString::number(groupPort));
    }
}

leaveMulticastGroup 退出組播

leaveMulticastGroup() 函數用於將 QUdpSocket 從指定的多播組中移除。通過調用該函數，QUdpSocket 將不再是指定多播組的成員，不再接收該多播組發送的數據報。

該函數原型如下：

bool QUdpSocket::leaveMulticastGroup(
    const QHostAddress & groupAddress, 
    const QNetworkInterface & iface = QNetworkInterface()
)

• groupAddress：要離開的多播組的組播地址。
• iface：要離開多播組的網絡接口。默認情況下，會選擇默認的網絡接口。

函數返回一個 bool 類型的值，表示是否成功離開了多播組。如果成功離開多播組，返回 true；否則返回 false。

// 關閉組播
void MainWindow::on_pushButton_stop_clicked()
{
    // 退出組播
    udpSocket->leaveMulticastGroup(groupAddress);
    udpSocket->abort();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[-] 退出組播");
}

writeDatagram 發送數據報

writeDatagram() 函數是 QUdpSocket 類的成員函數，用於發送數據報到指定的多播組。通過調用該函數，可以將數據報發送到指定的多播組和端口，讓其他成員接收到該數據報。

其函數原型如下：

qint64 QUdpSocket::writeDatagram(
    const QByteArray & datagram, 
    const QHostAddress & groupAddress, 
    quint16 port
)

• datagram：要發送的數據報的內容，通常是一個 QByteArray 對象。
• groupAddress：要發送到的多播組的組播地址。
• port：要發送到的多播組的端口號。

函數返回一個 qint64 類型的值，表示實際發送的字節數。如果發送成功，返回發送的字節數；否則返回 -1。

// 發送組播消息
void MainWindow::on_pushButton_send_clicked()
{
    quint16 groupPort = ui->lineEdit_port->text().toUInt();
    QString msg=ui->lineEdit_msg->text();
    QByteArray datagram=msg.toUtf8();

    udpSocket->writeDatagram(datagram,groupAddress,groupPort);
}

readDatagram 接收數據報

readDatagram() 函數是 QUdpSocket 類的成員函數，用於從套接字中讀取數據報，並將其存儲到指定的緩衝區中。通常情況下，可以使用這個函數來接收來自其他主機的數據報。通過使用該函數可從套接字中讀取數據報，並獲取數據報的源地址和端口號。

其函數原型如下：

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

• data：指向用於存儲接收數據的緩衝區的指針。
• maxSize：緩衝區的最大大小，即最多可以接收的字節數。
• address：指向用於存儲發送數據報的源地址的 QHostAddress 對象的指針。
• port：指向用於存儲發送數據報的源端口號的 quint16 類型的指針。

該函數返回一個 qint64 類型的值，表示實際接收的字節數。如果接收成功，返回接收的字節數；否則返回 -1。

// 讀取數據報
void MainWindow::onSocketReadyRead()
{
    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="[從 "+peerAddr.toString()+":"+QString::number(peerPort)+" 發送] ";

        ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
    }
}

讀者可自行運行課件程序，並在多臺電腦中配置相同網段，當點擊發送消息時所有同網段的程序都將收到廣播，如下圖所示；