基于QT（C++）实现（界面）即时通讯软件

2024-11-05 07:01:18

计算机网络课程实验报告

实验题目：即时通讯

概念简介：

即时通讯（Instant Messaging）是目前上最为流行的通讯方式，各种各样的即时通讯软件也层出不穷；服务提供商也提供了越来越丰富的通讯服务功能。不容置疑，Internet 已经成为真正的信息高速公路。从实际工程应用角度出发,以计算机网络原理为指导,结合当前网络中的一些常用技术,编程实现基于的网络聊天工具是切实可行的。

实时通信（InstantMessaging，简称 IM）是一个实时系统，允许两人或多人使用实时的传递、、语音与视频交流。

TCP 协议

TCP（传输控制协议）协议是 TCP/IP 协议族中的面向连接的、可靠的传输层协议。TCP 与 UDP 不同，它允许发送和接收字节流形式的数据。为了使服务器和客户端以不同的速度发送和接收数据，TCP 提供了发送和接收两个缓冲区。TCP 提供全双工服务，数据同时能双向流动。通信的每一方都有发送和接收两个缓冲区，可以双向发送数据。TCP 在报文中加上一个递增的确认序列号来告诉发送端，接收端期望收到的下一个报文，如果在规定时间内，没有收到关于这个包的确认响应，则重新发送此包，这保证了 TCP 是一种可靠的传输层协议。

实验目的：

设计并实现 windows 平台上的即时通讯软件。实现即时聊天功能和文件传输功能。

项目简介：

项目使用 c/s 架构，由服务器（server）和客户端（client）组成。

服务端进行数据库操作存储用户信息、聊天记录和传输文件副本等数据。同时进行客服注册、登入请求的处理与进行聊天信息和文件的转发工作。

客户端提供了用户交互界面，提供有注册、登入、查看在线用户、即时聊天、查看历史记录、传输文件等功能。

项目使用 c++ 编写，主要使用了 QT c++ 库，即时通讯和文件传输使用 TCP 协议，编程主要使用 QT 提供的 QTcpServer 和 QTcpSocker 类。数据存储使用了轻量级数据库 SQLite。

用户交互界面采用类似 QQ 的多窗体设计，包括注册界面、登入界面、用户列表界面、聊天界面、文件选择界面、聊天记录界面等，符合用户即时通讯软件使用习惯，提供了较好的体验。

项目流程：

项目实现：

1 服务端（server）实现

1.1 工具类 Util

提供了 string 转 qint64 的方法、利用事件循环实现的主线程不阻塞的延迟方法、遍历文件夹文件夹下寻找是否存在同名文件并返回重名个数的方法，有 map 类型的成员变量 g_qmUserMessageMap，关键字是 QTcpSocket 对象的指针，值为用户名字符串，用于维护在线用户列表，对多个连接进行管理。

1.2 数据库操作类 MySQL

提供了服务器初始化所需的表单建立函数，提供了注册的插入函数和登入的查找函数，提供了插入聊天记录函数和返回聊天记录函数等。有 QSqlQuery 类型的指针变量 query用于数据库操作。为即时通讯提供数据支持。

1.3 重写 TcpServer 类 MyTcpServer

重写 MyTcpServer 类继承 QTcpServer 类，主要重写 incomingConnection（）方法，扩展通过记录 Socket 句柄扩展对连接的控制，实现通过用户到 Socket 的映射关系，实现连接套接字管理。提供了 UI 和连接处理线程之间的通讯方法。

1.4 线程类 MyTcpSocketThread

MyTcpSocketThread 类继承自 QT 线程类 QThread，在子线程中进行 socket 处理，提供了连接建立和数据传输等信号和槽函数，同时包括函数 writeDescriptor 对 socket 句柄进行控制。其中包含 QTcpSocket 类型的成员变量 tcpSocket。

1.5 窗口类 MainWindow

为程序交互类，对服务器进行控制。主要使用线程类中发出的信号来更新 ui。包含 receiveChatFromServer、receiveFileFromServer、receivedisconChatFromServer、receiveFileProcessFromServer 等槽函数。有两个 MyTcpServer 类成员变量，chatServer 用来处理聊天请求，fileServer 用来处理文件传输请求。

2 客户端（client）实现

2.2 虚基类 ISOCKETSink

作为多窗口程序中子窗口的父类，方便进行连接信息的回调和显示，减少了程序的耦合性。

2.2 Socket 处理工具类 SocketUtil

SocketUtil 包括了 connect、SocketUtil、writeData 等函数，对 Socket 的连接、初始化、数据传输等功能进行封装。WriteIni、ReadIni 函数主要实现对服务器 ip 和端口号的记录，方便多窗口程序的实现和切换。

2.3 登入窗体 Login

作为主要的交互窗体，用户输入服务器进程 IP 和端口号，账户和密码，如拼配则登入成功，获得反馈，进入在线用户列表界面。窗体类 Login 继承自 ISOCKETSink，提供了处理用户操作信号的槽函数 on_pb_login_clicked、on_pb_register_clicked 等槽函数。同时有 QTcpSocket 类型的和 SocketUtil 类型的成员变量用于进行与服务端的 Tcp 通讯。

2.4 注册窗体 Register

主要为新用户提供注册功能，用户输入用户名，重复输入两次相同的密码，在于服务器进程成功建立连接的前提下，便可以实现注册账户。窗体类 Register 继承自 ISOCKETSink，与 Login 类相似，主要通过对用户操作信号进行响应获取用户输入的信息。同时有 QTcpSocket 类型的和 SocketUtil 类型的成员变量用于进行与服务端的 Tcp 通讯。

2.5 在线用户列表窗体类 OnlineUserlist

主要实现在线用户的显示，用户可以看到当前在线全部用户的用户名，用户选择想要进行聊天的用户便可以打开与该用户的聊天窗口，实现类似 QQ 的功能。窗体类 OnlineUserlist 继承自 ISOCKETSink，与 Login 类相似，主要通过对用户操作信号并通过槽函数进行响应。同时有 QTcpSocket 类型的和 SocketUtil 类型的成员变量用于进行与服务端的 Tcp 通讯。同时提供了多个聊天窗口的管理结构 QMap 类型的成员变量。还增加了搜索用户的列表功能，在用户数量较多的情况下可以迅速锁定用户。

2.6 聊天窗体类 Chat

聊天窗体类 Chat 主要为用户提供信息发送，文件传输等功能。在下方文本编辑框 QTextEdit 中，用户可以输入并编辑所需发送的内容，点击发送按钮便可以发送消息。当需要进行文件传输时，只需点击选择文件按钮，选择要发送的文件，点击发送便可以进行文件传输。窗体类 Chat 继承自 ISOCKETSink，与 Login 类相似，主要通过对用户操作信号并通过槽函数进行响应。同时有 QTcpSocket 类型的和 SocketUtil 类型的成员变量用于进行与服务端的 Tcp 通讯，mTcpSocket 用于消息通讯，mSocket 用于文件传输。

2.7 聊天记录窗体 HistoryMessage 类

在聊天窗口中点击历史记录按钮，便可以打开 HistoryMessage 子窗口。聊天记录窗体 HistoryMessage 类主要用于显示当前用户与所选用户的历史聊天记录。窗体类 HistoryMessage 继承自 ISOCKETSink，与 Login 类相似，主要通过对用户操作信号并通过槽函数进行响应。同时有 QTcpSocket 类型的和 SocketUtil 类型的成员变量用于进行与服务端的 Tcp 通讯。窗体类中仅有 showMessage 成员函数用于向服务器获取历史聊天记录并显示。

通讯数据格式：

为区分和实现登入、注册、聊天、获取用户列表、子窗体转换时 socket 继承、获取历史聊天记录等功能，统一规定了客户端与服务器的通讯数据格式。

数据库：

用户信息记录表 user

聊天记录记录表 chat

关键处理函数：

重写 QTcpServer 类函数 incomingConnection，实现服务器对 socket 句柄的记录和管理，为转发操作建立基础。

文件传输函数，使用 tcp 协议发送所选文件。

文件接收函数，实现数据的接收和新文件在磁盘上的初始化和写入。

项目操作流程：

首先打开 server.exe，点击“打开聊天服务”和“打开文件服务”，剩下的服务端就不用动了，处于打开状态，继续客户端操作。
客户端打开 client.exe，进入登录界面。点击注册，注册完成后返回登录界面进行登录。
登录成功后可以看到在线用户列表（服务端推送实时刷新），“在线用户列表”界面，搜索框输入要搜索的用户，即可高亮显示被搜索用户名。
双击用户名进行聊天，支持自己给自己发送消息，输入文本消息，点击“发送消息”，即可发送文本。
支持聊天记录查看，默认同步的是从服务获得的所有时间段的聊天记录。点击选择文件按钮，即可选择任意类型文件，点击发送，即可在线发送文件。
上传完成后界面显示已发送文件名和发送成功标志。
服务端同步显示发送进度和发送成功状态。此文件发送为离线文件发送，即客户端先发送文件到服务端，服务端非同时转发，而是接受文件完成后再将此文件发送到接收端。

结论分析与体会：

本次即时通讯实验，我把计算机网络课程中学习的相关理论知识与工程实践相结合，设计并实现了 windows 平台上的即时通讯软件。