【QT】文件、多线程、网络相关内容

1. 文件

文件操作是应用程序必不可少的部分。Qt 作为⼀个通用开发库，提供了跨平台的⽂件操作能⼒。 Qt 提供了很多关于文件的类，通过这些类能够对文件系统进行操作，如文件读写、文件信息获取、文件复制或重命名等

1.1 输入输出设备

在 Qt 中，⽂件读写的类为 QFile 。QFile 的⽗类为 QFileDevice ，QFileDevice 提供了⽂件交互操作的底层功能。 QFileDevice 的⽗类是 QIODevice，QIODevice 的⽗类为 QObject 。

QIODevice 是 Qt 中所有输⼊输出设备（input/output device，简称 I/O 设备）的基础类，I/O 设备就是能进⾏数据输⼊和输出的设备，例如⽂件是⼀种 I/O 设备，⽹络通信中的 socket 是 I/O 设备， 串口、蓝⽛等通信接口也是 I/O 设备，所以它们也是从 QIODevice 继承来的。

Qt 中主要的⼀些 I/O 设备类的继承关系如下图所示:

上图中各类的说明如下：

• QFile 是⽤于⽂件操作和⽂件数据读写的类，使⽤ QFile 可以读写任意格式的⽂件。
• QSaveFile 是⽤于安全保存⽂件的类。使⽤ QSaveFile 保存⽂件时，它会先把数据写⼊⼀个临时⽂件，成功提交后才将数据写⼊最终的⽂件。如果保存过程中出现错误，临时⽂件⾥的数据不会被写⼊最终⽂件，这样就能确保最终⽂件中不会丢失数据或被写⼊部分数据。 在保存⽐较⼤的⽂件或复杂格式的⽂件时可以使⽤这个类，例如从⽹络上下载⽂件等。
• QTemporaryFile 是⽤于创建临时⽂件的类。使⽤函数 QTemporaryFile::open() 就能创建⼀个⽂件名唯⼀的临时⽂件，在 QTemporaryFile 对象被删除时，临时⽂件被⾃动删除。
• QTcpSocket 和 QUdpSocket 是分别实现了 TCP 和 UDP 的类。
• QSerialPort 是实现了串⼝通信的类，通过这个类可以实现计算机与串⼝设备的通信。
• QBluetoothSocket 是⽤于蓝⽛通信的类。⼿机和平板计算机等移动设备有蓝⽛通信模块，笔记本电脑⼀般也有蓝⽛通信模块。通过QBluetoothSocket类，就可以编写蓝⽛通信程。如编程实现笔记本电脑与⼿机的蓝⽛通信。
• QProcess 类⽤于启动外部程序，并且可以给程序传递参数。
• QBuffer 以⼀个 QByteArray 对象作为数据缓冲区，将 QByteArray 对象当作⼀个 I/O 设备来读写。

1.2 文件读写类

在 Qt 中，文件的读写主要是通过 QFile 类来实现。在 QFile 类中提供了⼀些用来读写文件的方法。对于⽂件的操作主要有：

• 读数据：QFile 类中提供了多个⽅法⽤于读取⽂件内容；如 read()、readAll()、readLine()等。
• 写数据：QFile 类中提供了多个⽅法⽤于往⽂件中写内容；如 write()、writeData()等。
• 关闭⽂件：⽂件使⽤结束后必须⽤函数 close() 关闭⽂件。

访问⼀个设备之前，需要使用 open()函数打开该设备，而且必须指定正确的打开模式，QIODevice 中所有的打开模式由 QIODevice::OpenMode 枚举变量定义，其取值如下：

下面我们通过文件、菜单栏实现一个简单记事本

#include <QMenu>
#include <QMenuBar>
#include <QAction>
#include <QFileDialog>
#include <QFile>
#include <QDebug>
#include <QTextEdit>

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

    QMenu* fileMenu = new QMenu("文件");
    menuBar->addMenu(fileMenu);

    QAction* openAction = new QAction("打开");
    QAction* saveAction = new QAction("保存");
    fileMenu->addAction(openAction);
    fileMenu->addAction(saveAction);

    QTextEdit* textEdit = ui->textEdit;
    textEdit->setPlaceholderText("请在这里输入内容");

    connect(openAction,&QAction::triggered,this,&MainWindow::openFileByDialog);
    connect(saveAction,&QAction::triggered,this,&MainWindow::saveFileByDialog);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

void MainWindow::openFileByDialog()
{
    //通过QFileDialog获取文件
    QString filePath = QFileDialog::getOpenFileName();
    //通过路径，实例化文件对象
    QFile file(filePath);
    if(file.open(QIODevice::ReadOnly))
    {
        QByteArray textArray = file.readAll();
        QString textStr = QString::fromUtf8(textArray);
        ui->textEdit->setText(textStr);
    }
    else
    {
        qDebug() << "文件：" << filePath << " 打开失败";
    }
}

void MainWindow::saveFileByDialog()
{
    QString filePath = QFileDialog::getSaveFileName();
    qDebug() << filePath;
    QFile file(filePath);
    if(file.open(QIODevice::WriteOnly))
    {
        QString textStr = ui->textEdit->toPlainText();
        QByteArray textArray = textStr.toUtf8();
        file.write(textArray);
    }
    else
    {
        qDebug() << "文件：" << filePath << " 打开失败";
    }
}

void MainWindow::resizeEvent(QResizeEvent* ev)
{
    ui->textEdit->setGeometry(0,0,ev->size().width(),ev->size().height());
}

1.3 文件和目录信息类

QFileInfo 是 Qt 提供的⼀个⽤于获取⽂件和⽬录信息的类，如获取⽂件名、⽂件⼤⼩、⽂件修改⽇期等。

QFileInfo类中提供了很多的方法，常用的有：

• isDir() 检查该⽂件是否是⽬录；
• isExecutable() 检查该⽂件是否是可执⾏⽂件；
• fileName() 获得⽂件名；
• completeBaseName() 获取完整的⽂件名；
• suffix() 获取⽂件后缀名；
• completeSuffix() 获取完整的⽂件后缀；
• size() 获取⽂件⼤⼩；
• isFile() 判断是否为⽂件；
• fileTime() 获取⽂件创建时间、修改时间、最近访问时间等；

2. 多线程

在 Qt 中，多线程的处理⼀般是通过 QThread类 来实现。

QThread 代表⼀个在应⽤程序中可以独⽴控制的线程，也可以和进程中的其他线程共享数据。

2.1 使用

创建线程的步骤：

1. ⾃定义⼀个类，继承于 QThread，并且只有⼀个线程处理函数(和主线程不是同⼀个线程)，这个线程处理函数主要就是重写⽗类中的 run() 函数。
2. 线程处理函数⾥⾯写⼊需要执⾏的复杂数据处理；
3. 启动线程不能直接调⽤ run() 函数，需要使⽤对象来调⽤ start() 函数实现线程启动；
4. 线程处理函数执⾏结束后可以定义⼀个信号来告诉主线程；
5. 最后关闭线程。

我们使用新线程，实现倒计时的案例

connect() 函数第五个参数为 Qt::ConnectionType，⽤于指定信号和槽的连接类型。同时影响信号的传递⽅式和槽函数的执⾏顺序，只有在多线程的时候才意义

Qt::ConnectionType 提供了以下五种⽅式：

客户端采用多线程的用途非常广泛，尤其是在需要同时处理多个任务、提高程序响应性或优化资源利用的场景中。以下是多线程在客户端程序中常见的用途：

• 多线程可以显著提高客户端程序的响应性，尤其是在执行耗时操作时。通过将耗时任务分配到单独的线程中，主线程可以继续处理用户界面（UI）事件，从而避免界面卡顿。
  • 文件下载：在下载大文件时，可以将下载任务放在一个单独的线程中，主线程继续响应用户的其他操作（如浏览文件列表、取消下载等）
• 多线程可以用于更高效地管理资源，例如网络连接、数据库访问等。通过在多个线程中共享资源，可以提高资源的利用率。
  • 在客户端中，可以使用多个线程同时发起多个网络请求，提高数据获取的速度
• 多线程可以用于实现异步操作，避免阻塞主线程。通过将异步任务放在单独的线程中，主线程可以继续执行其他任务。
  • 异步文件读写：在读写大文件时，可以使用单独的线程进行文件操作，主线程继续响应用户操作。
  • 异步网络通信：在进行网络通信时，可以使用单独的线程处理网络数据的发送和接收，主线程继续处理用户界面。
• 多线程可以用于模拟复杂的系统或生成动画，主线程负责用户界面的渲染，后台线程负责计算和更新数据。
  • 在游戏客户端中，主线程负责渲染游戏画面，后台线程负责游戏逻辑的计算

2.2 线程安全

实现线程互斥和同步常⽤的类有：

• 互斥锁：QMutex、QMutexLocker
• 条件变量：QWaitCondition
• 信号量：QSemaphore
• 读写锁：QReadLocker、QWriteLocker、QReadWriteLock

2.2.1 互斥锁

互斥锁是⼀种保护和防⽌多个线程同时访问同⼀对象实例的⽅法。

1. 在 Qt 中，互斥锁主要是通过QMutex类来处理。

• 特点：QMutex 是 Qt 框架提供的互斥锁类，⽤于保护共享资源的访问，实现线程间的互斥操作。
• ⽤途：在多线程环境下，通过互斥锁来控制对共享数据的访问，确保线程安全。

QMutex mutex;
mutex.lock(); //上锁
//访问共享资源
//...
mutex.unlock(); //解锁

2. QMutexLocker

• 特点：QMutexLocker 是 QMutex 的辅助类，使⽤ RAII⽅式对互斥锁进⾏上锁和解锁操作。
• ⽤途：简化对互斥锁的上锁和解锁操作，避免忘记解锁导致的死锁等问题。

QMutex mutex;
{
	QMutexLocker locker(&mutex); //在作⽤域内⾃动上锁
	//访问共享资源
	//..
	
} //在作⽤域结束时⾃动解锁

3. QReadWriteLocker、QReadLocker、QWriteLocker

特点：

• QReadWriteLock 是读写锁类，⽤于控制读和写的并发访问。
• QReadLocker ⽤于读操作上锁，允许多个线程同时读取共享资源。
• QWriteLocker ⽤于写操作上锁，只允许⼀个线程写⼊共享资源。

⽤途：在某些情况下，多个线程可以同时读取共享数据，但只有⼀个线程能够进⾏写操作。读写锁提供了更⾼效的并发访问⽅式。

2.2.2 条件变量

在多线程编程中，假设除了等待操作系统正在执⾏的线程之外，某个线程还必须等待某些条件满⾜才能执⾏，这时就会出现问题。

这种情况下，线程会很⾃然地使⽤锁的机制来阻塞其他线程，因为这只是线程的轮流使⽤，并且该线程等待某些特定条件，⼈们会认为需要等待条件的线程，在释放互斥锁或读写锁之后进⼊了睡眠状态，这样其他线程就可以继续运⾏。

当条件满足时，等待条件的线程将被另⼀个线程唤醒。
在 Qt 中，专门提供了 QWaitCondition类 来解决像上述这样的问题。

• 特点：QWaitCondition 是 Qt 框架提供的条件变量类，⽤于线程之间的消息通信和同步。
• ⽤途：在某个条件满⾜时等待或唤醒线程，⽤于线程的同步和协调

QMutex mutex;
QWaitCondition condition;
//....
	//在等待线程中
	mutex.lock();
		//检查条件是否满⾜，若不满⾜则等待
		while (!conditionFullfilled())
		{
			condition.wait(&mutex); //等待条件满⾜并释放锁
		}
		//条件满⾜后继续执⾏
		//...
	mutex.unlock();


//在改变条件的线程中
mutex.lock();
	//改变条件
	changeCondition();
	condition.wakeAll(); //唤醒等待的线程
mutex.unlock();

2.2.3 信号量

有时在多线程编程中，需要确保多个线程可以相应的访问⼀个数量有限的相同资源。

例如，运⾏程序的设备可能是⾮常有限的内存，因此我们更希望需要⼤量内存的线程将这⼀事实考虑在内，并根据可⽤的内存数量进⾏相关操作，多线程编程中类似问题通常⽤信号量来处理。

信号量类似于增强的互斥锁，不仅能完成上锁和解锁操作，⽽且可以跟踪可⽤资源的数量。

• 特点：QSemaphore 是 Qt 框架提供的计数信号量类，⽤于控制同时访问共享资源的线程数量。
• ⽤途：限制并发线程数量，⽤于解决⼀些资源有限的问题。

QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源
	//在需要访问共享资源的线程中
	semaphore.acquire(); //尝试获取信号量，若已满则阻塞
	//访问共享资源
	//...
	semaphore.release(); //释放信号量
	
//在另⼀个线程中进⾏类似操作

3. 网络

和多线程类似，Qt 为了支持跨平台，对网络编程的 API 也进行了重新封装。

注意：在进⾏⽹络编程之前，需要在项目中的 .pro ⽂件中添加 network 模块。添加之后要⼿动编译⼀下项⽬，使 Qt Creator 能够加载对应模块的头⽂件.

3.1 UDP Socket

主要的类有两个. QUdpSocket 和 QNetworkDatagram

• QUdpSocket 表⽰⼀个 UDP 的 socket ⽂件

• QNetworkDatagram 表示⼀个 UDP 数据报

下面我们就来使用这些API，实现一个带有客户端、服务端的回显程序

1. 回显服务器

2. 回显客户端

效果：

3.2 TCP Socket

核心类是两个: QTcpServer 和 QTcpSocket

• QTcpServer ⽤于监听端口，和获取客⼾端连接.

• QTcpSocket 用户客户端和服务器之间的数据交互

在这里，我们依旧实现一个客户端，服务器的回显程序

先启动服务器，再启动客⼾端(可以启动多个)，最终执⾏效果:
由于我们使用信号槽处理同⼀个客⼾端的多个请求，不涉及到循环，也就不会使客⼾端之间相互影响了

3.3 HTTP Client

进行 Qt 开发时，和服务器之间的通信很多时候也会⽤到 HTTP 协议

• 通过 HTTP 从服务器获取数据.
• 通过 HTTP 向服务器提交数据.

关键类主要是三个. QNetworkAccessManager , QNetworkRequest , QNetworkReply .

• QNetworkAccessManager 提供了 HTTP 的核心操作

• QNetworkRequest 表⽰⼀个 HTTP 请求(不含 body).

如果需要发送⼀个带有 body 的请求(⽐如 post)， 会在 QNetworkAccessManager 的 post ⽅法中通过单独的参数来传⼊ body

其中的 QNetworkRequest::KnownHeaders 是⼀个枚举类型, 常⽤取值:

• QNetworkReply 表⽰⼀个 HTTP 响应，这个类同时也是 QIODevice 的⼦类

此外，QNetworkReply 还有⼀个重要的信号 finished 会在客⼾端收到完整的响应数据之后触发

下面，我们实现一个给服务器发送⼀个 GET 请求的示例：

发送 POST 请求代码也是类似，使⽤ manager->post() 即可，在参数中传递body

4. 音视频

4.1 音频

在 Qt 中，音频主要是通过 QSound 类来实现。但是需要注意的是 QSound 类只⽀持播放 wav 格式的⾳频⽂件。也就是说如果想要添加音频效果，那么首先需要将非 wav格式 的⾳频文件转换为 wav 格式

注意：使用 QSound 类时，需要添加模块：multimedia.

QSound类的核心API就是：play() ，开始或继续播放当前源

#include <QSound> //添加⾳频头⽂件
Widget::Widget(QWidget *parent)
	: QWidget(parent)
	, ui(new Ui::Widget)
{
	ui->setupUi(this);
	//实例化对象
	QSound *sound = new QSound(":/1.wav",this);
	
	connect(ui->btn,&QPushButton::clicked,[=](){
		sound->play(); //播放
	});
}

Widget::~Widget()
{
	delete ui;
}

4.2 视频

在 Qt 中，视频播放的功能主要是通过 QMediaPlayer类 和 QVideoWidget类来实现。

在使⽤这两个类时要添加对应的模块 multimedia 和 multimediawidgets