Konzolové programy v Qt 4 – 4 (UDP server a klient)

10. 11. 2009 | David Watzke

Články - Konzolové programy v Qt 4 – 4 (UDP server a klient)  

V tomto díle si ukážeme, jak napsat jednoduchý UDP server a klient. UDP je zkratka angl. User Datagram Protocol a je to základní internetový protokol. Hodí se spíš tam, kde se počítá se ztrátami paketů, přičemž není žádoucí odesílat je znova (hry, VoIP, internetová rádia).

Obsah

• Co je to UDP?
• UDP sockety v Qt
• UDP server
• UDP klient

Co je to UDP?

UDP je zkratka angl. User Datagram Protocol a je to základní internetový protokol. Na rozdíl od minule popisovaného TCP se hodí spíš tam, kde se počítá se ztrátami paketů, přičemž není žádoucí odesílat je znova (hry, VoIP, internetová rádia). UDP totiž nezaručuje, že se odeslaná data dostanou ke svému cíli – když to nevyjde napoprvé, tak se to znova nezkouší. Nezaručuje ani pořadí, ve kterém data přijdou. Někdy se používá pro jednoduchost (DNS). Výhodou oproti TCP je nižší režie. Někdo volí UDP také kvůli vyšší flexibilitě, například když si chce kontrolu doručení naprogramovat sám nějakým velmi specifickým způsobem.

UDP sockety v Qt

S UDP sockety se v Qt pracuje přes objekt QUdpSocket. Přes tento objekt posíláme datagramy metodou writeDatagram(), které zadáme data a adresu+port, kam je chceme poslat. Zrovna tak můžeme datagramy číst, tzn. použít socket jako server. Nejdřív je nutné socket spojit s nějakou adresou a portem pomocí metody bind() a potom lze přečíst datagram z fronty metodou readDatagram().

Jelikož je práce se sockety v Qt docela jednoduchá a navíc práce s UDP se (až na specifické věci) podobá práci s TCP (viz díl o TCP), rozhodl jsem se udělat příklad velice prostý. Klient posílá datagramy a server je přijímá a vypisuje na standardní výstup. Oba programy jsou jako obvykle v angličtině, protože nesnesu češtinu v kódu, ale dodávám k nim českou lokalizaci.

UDP server

Server poslouchá (napevno) na localhostu na portu 2266, tzn. 127.0.0.1:2266. Pouze čeká na příchozí datagramy a jakmile mu nějaký přijde, vypíše jeho adresáta a příchozí data. Když někdo na server pošle datagram, řekněme text „Hello World!“, tak se vypíše něco jako:

91.121.174.105:2266 říká: Hello World!

udpserver.h: API.

#ifndef UDPSERVER_H
#define UDPSERVER_H

#include <QObject>
#include <QAbstractSocket>
#include <QTextStream>

class QUdpSocket;

class UdpServer : public QObject
{
	Q_OBJECT
public:
	UdpServer();

private:
	QUdpSocket* socket;
	QTextStream out;

private slots:
	void readDatagrams();
	void handleError();
};

#endif // UDPSERVER_H

udpserver.cpp: Spolehlivé čtení datagramů se řeší zajímavým způsobem. Prohlédněte si slot readDatagrams(). Pro čekající datagram vytvoří proměnnou typu QByteArray na data (str), nastaví velikost tohoto pole bajtů (lze zjistit metodou socketu pendingDatagramSize()) a poté předá pomocí str.data() ukazatel char* metodě socketu readDiagram(). Přes tento ukazatel se data z datagramu přímo zapíšou do instance QByteArray, pod kterou ukazatel patří (tzn. do str).

#include "udpserver.h"

#include <QtNetwork>

UdpServer::UdpServer() : out(stdout, QIODevice::WriteOnly)
{
	// vytvoříme UDP socket
	socket = new QUdpSocket(this);
	// připojíme slot pro zpracování datagramu
	connect(socket, SIGNAL(readyRead()), SLOT(readDatagrams()));
	// a slot pro zpracování chyb
	connect(socket, SIGNAL(error(QAbstractSocket::SocketError)), SLOT(handleError()));

	// pokusíme se spustit UDP server
	if(socket->bind(QHostAddress::Any, 2266))
	{ // spuštěno
		out << tr("socket bound to port 2266 on all available interfaces") << endl;
	} else
	{ // nelze spustit
		// touto oblezličkou zajistíme ukončení programu (po vykonání konstruktoru)
		QTimer::singleShot(0, qApp, SLOT(quit()));
		out << tr("couldn't bind socket to port 2266") << endl;
	}
}

// zpracovává chybu
void UdpServer::handleError()
{
	// vypíše chybovou hlášku
	out << "error: " << socket->errorString() << endl;
}

// přečte čekající UDP datagram(y)
void UdpServer::readDatagrams()
{
	// dokud jsou ve frontě nepřečtené datagramy
	while(socket->hasPendingDatagrams())
	{
		// vytvoříme si pro datagram:
		// pole bajtů (řetězec)
		QByteArray str;
		// adresu
		QHostAddress addr;
		// a port (unsigned short)
		quint16 port;

		// nastavíme poli správnou velikost
		str.resize(socket->pendingDatagramSize());

		// načteme data z datagramu
		socket->readDatagram(str.data(), str.size(), &addr, &port);

		out << addr.toString() << ":" << port << " " << tr("says") << ": "
		    << str << endl;
	}
}

main.cpp: Nastavíme UTF-8 pro C řetězce a lokalizaci. Načteme soubor s překladem.

#include <QCoreApplication>
#include <QLocale>
#include <QTextCodec>
#include <QTranslator>

#include "udpserver.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);

	{
	QTextCodec* unicode = QTextCodec::codecForName("UTF-8");
	QTextCodec::setCodecForCStrings(unicode);
	QTextCodec::setCodecForTr(unicode);
	}

	QTranslator t;
	t.load("udpserver_" + QLocale::system().name());
	a.installTranslator(&t);

	UdpServer s;

	return a.exec();
}

Zdrojáky si můžete stáhnout v archívu udpserver.tar.bz2.

UDP klient

Klient má jednoduchou příkazovou řádku umožňující čtyři operace: vypsat nápovědu, nastavit (či vypsat nastavenou) adresu, nastavit (či vypsat nastavený) port a odeslat UTF-8 řetězec na nastavenou adresu a port (výchozí je 127.0.0.1:2266). Pokud chcete UDP server vyzkoušet ze vzdáleného serveru, na kterém není nainstalované Qt, můžete jako klienta použít netcat v UDP režimu (-u).

Práce s programem vypadá takto:

$ ./udpclient
potřebujete-li pomoc, napište "help" a zmáčkněte enter
> help
help		Vypíše tuto nápovědu
host [IP]	Nastaví adresu na danou hodnotu
port [port]	Nastaví port na danou hodnotu
send [text]	Pošle datagram
> host
hostitel je nastaven na 127.0.0.1
> host 255.255.255.255
adresa hostitele byla nastavena na 255.255.255.255
> host
hostitel je nastaven na 255.255.255.255
> port
port je nastaven na 2266
> send Hello World!
odesílám diagram s textem "Hello World!" na 255.255.255.255:2266
> ^C

udpclient.h: API.

#ifndef UDPCLIENT_H
#define UDPCLIENT_H

#include <QObject>
#include <QHostAddress>
#include <QTextStream>

class QUdpSocket;

class UdpClient : public QObject
{
	Q_OBJECT
public:
	UdpClient();

private:
	QUdpSocket* socket;
	QTextStream out;

	QHostAddress addr;
	quint16 port;

	void commandLine();
	void processCommand(const QString& command);
	void sendDatagram();

private slots:
	void handleError();
};

#endif // UDPCLIENT_H

udpclient.cpp

#include "udpclient.h"

#include <QTextStream>
#include <QtNetwork>  

#include <cstdio>

UdpClient::UdpClient() :
	// nastavíme pro výpis na std. výstup
	out(stdout, QIODevice::WriteOnly),   
	// výchozí adresa je 127.0.0.1:2266  
	addr(QHostAddress::LocalHost), port(2266)
{						
	// vytvoříme UDP socket		  
	socket = new QUdpSocket(this);	   
	// připojíme k němu slot pro zpracování chyb
	connect(socket, SIGNAL(error(QAbstractSocket::SocketError)), SLOT(handleError()));

	this->commandLine();
}			      

// vypíše chybu
void UdpClient::handleError()
{			    
	out << tr("socket error:") << " " << socket->errorString() << endl;
}

// zpracuje příkaz
void UdpClient::processCommand(const QString& command)
{
	// příkaz
	QString cmd = command.section(' ', 0, 0);
	// a jeho argumenty
	QString str = "";

	//qDebug() << "command:" << command << "cmd:" << cmd;

	// pokud je příkaz prázdný, nastavíme výchozí (help)
	if(cmd.isEmpty())				   
		cmd = "help";			       
	else // jinak si uložíme argumenty příkazu	  
		str = command.mid(cmd.size()+1);	    

	if(cmd == "host")
	{		
		if(str.isEmpty())
		{ // pokud nemá argumenty, vypíšeme aktuální adresu
			out << tr("host is set to %1").arg(addr.toString()) << endl;
			return;	
		}

		// uložíme aktuální adresu
		QHostAddress prevAddr(addr);

		// nastavíme novou adresu
		if(addr.setAddress(str)) 
		{			
			out << tr("host address has been set to %1")
				    .arg(addr.toString()) << endl;  
		} else	
		{ // a když to selže (nesprávný formát adresy), nastavíme zpátky tu předchozí
			out << tr("couldn't set the given host address: %1"
				    .arg(str) << endl; 
			addr = prevAddr;
		}
	} else	
	if(cmd == "port")
	{
		if(str.isEmpty())
		{ // pokud nemá argumenty, vypíšeme aktuální port
			out << tr("port is set to %1").arg(port) << endl;	
			return;
		}

		// kontrola konverze stringu na integer
		bool ok;			       
		// převedeme argument na int	   
		int p = str.toInt(&ok);	    

		// pokud byla konverze úspěšná a port je v rozsahu, nastavíme jej
		// jako aktuální
		if(ok && p >= 0 && p < 65536)	      
		{
			port = (quint16) p;
			out << tr("port has been set to %1").arg(port) << endl;
		} else
		{
			out << tr("couldn't set port to %1").arg(str) << endl;
		}
	} else
	if(cmd == "send")
	{
		// pokud byl zadán argument, odešleme datagram
		if(str.isEmpty())
		{
			out << tr("nothing to send, aborting") << endl;
		} else
		{
			out << tr("sending datagram with text \"%1\" to %2:%3")
				    .arg(str).arg(addr.toString()).arg(port) << endl;

			socket->writeDatagram(str.toUtf8(), addr, port);
		}
	} else
	{
		// pokud byl zadán neplatný příkaz, informujeme o tom
		if(cmd != "help")
			out << tr("error: unknown command: %1").arg(cmd) << endl;
		// vypíšeme nápovědu
		out << "help\t\t\t" << tr("Prints this help")
		    << "\nhost [IP]\t\t" << tr("Sets the address to a given value")
		    << "\nport [port]\t\t" << tr("Sets the port to a given value")
		    << "\nsend [text]\t\t" << tr("Sends a datagram") << endl;
	}
}

void UdpClient::commandLine()
{
	out << tr("if you need help, type `help' and hit return") << endl;

	// objekt pro čtení ze std. vstupu
	QTextStream in(stdin, QIODevice::ReadOnly);
	// řetězec, do kterého budeme ukládat std. vstup
	QString input;

	// hlavní smyčka
	forever // klíčové slovo Qt, totéž jako for(;;)
	{
		// vypíšeme prompt
		out << "> "; out.flush();
		// načteme řádek ze std. vstupu
		input = in.readLine(512+5);
		// zpracujeme načtený řádek (příkaz)
		this->processCommand(input);
	}
}

main.cpp

#include <QCoreApplication>
#include <QLocale>
#include <QTextCodec>
#include <QTranslator>

#include "udpclient.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);

	{
	QTextCodec* unicode = QTextCodec::codecForName("UTF-8");
	QTextCodec::setCodecForCStrings(unicode);
	QTextCodec::setCodecForTr(unicode);
	}

	QTranslator t;
	t.load("udpclient_" + QLocale::system().name());
	a.installTranslator(&t);

	UdpClient main;

	return a.exec();
}

Zdrojáky si můžete stáhnout v archívu udpclient.tar.bz2.

Seriál Qt 4 – Konzolové programy (dílů: 4)

První díl: Konzolové programy v Qt 4 – 1 (úvod), poslední díl: Konzolové programy v Qt 4 – 4 (UDP server a klient).
Předchozí díl: Konzolové programy v Qt 4 – 3 (TCP server)

Diskuse k tomuto článku

[trekker.dk]

Pouze čeká na příchozí datagramy a jakmile mu nějaký přijde, vypíše jeho adresáta a příchozí data.

...vypíše jeho odesílatele...

[David Watzke]

Přesně tak. Jen jsem vás zkoušel.

[T.O.M.]

Příloha:

• text.png (0 bytů)

Mám dotaz trochu off topic: Je to nějaká nová fíčura Abíčka, že se mi rozbalovací boxy se zdrojáky nahrazují plně rozbaleným textem? Prý nejaký JavaScript code syntax highlighter Alexe Gorbatcheva, viz. přiložený obrázek...

Předchozí díly tohoto seriálu to nedělají a v mém profilu jsem vypinač nenašel.

[David Watzke]

To je bug v kombinaci toho editoru s ábíčkem. Místo toho tlačítka Rozbalit se nahoře ukáže kód toho tlačítka Už jsem to nahlásil.

[guest]

zdravim, dekuji pekne... jinak nevim proc toho clienta obalujete, myslim ze pro nazornost a prehlednost by to stacilo bez te omacky.

[vladinux]

Zdravím, ide o framework alebo kód je natívny?