Реализация клиента и сервера

README.md

@@ -1,3 +1,22 @@
 # TcpSocket_Client_Server_Example
 
-Пример реализации клиента и сервера для обмена данными по TCP/IP
+Пример реализации клиента и сервера для обмена данными по TCP/IP.
+
+## Тестовое задание
+
+Реализовать на Qt сервер, который будет принимать входящие соединения по TCP на определенном порту.
+Реализовать следующие функции:
+- открытие и закрытие входящего порта сервера;
+- чтение входящего пакета от клиента в виде массива байт;
+- обработка полученного массива по алгоритму (см. ниже);
+- отправка нового массива обратно клиенту.
+
+Алгоритм обработки входящего массива:
+- если значение очередного байта 0x00 или 0xFF, заменить на 0xAA;
+- иначе на четных индексах увеличить значение на 1;
+- на нечетных позициях уменьшить значение на 1.
+
+Приложение может быть реализовано в виде ПО с графическим интерфейсом, либо в виде консольного приложения.
+
+
+

_include/application_config.cpp

@@ -29,11 +29,21 @@
 #include <QtCore/QDebug>
 #include <QtCore/QDir>
 #include <QtCore/QStringList>
+#include <QtCore/QDateTime>
 
 #if QT_VERSION < QT_VERSION_CHECK(6, 0, 0)
 #   include <QtCore/QTextCodec>
 #endif
 
+//==============================================================================
+
+const char * clDefault[2] { "#111416", "#fdfdfd" };
+const char * clLogDate[2] { "#929292", "#333333" };
+const char * clLogInf[2]  { "#ffffff", "#000000" };
+const char * clLogWrn[2]  { "#ff9c54", "#8d3c00" };
+const char * clLogErr[2]  { "#ff4040", "#a50000" };
+const char * clLogIn[2]   { "#55d864", "#003706" };
+
 //==============================================================================
 void Application::initialize()
 {
@@ -104,3 +114,57 @@ void Application::installTranslations(const QString &lng)
     }
 }
 //==============================================================================
+void Application::initializeLog(QTextEdit *textEdit)
+{
+    if (!textEdit)
+        return;
+
+    textEdit->setStyleSheet(
+        QString(
+            "QTextEdit { "
+            "color: %1; "
+            "background-color: %2; "
+            "font-family: Courier New, Cascadia Mono, Lucida Console, Monospace; "
+            "font-size: 10pt; "
+            "}"
+            )
+            .arg( clDefault[ 1 ], clDefault[ 0 ] )
+        );
+    textEdit->document()->setMaximumBlockCount(10000);
+}
+//==============================================================================
+void Application::addToLog(QTextEdit *textEdit, const QString &text, LogType logType)
+{
+    if (!textEdit)
+        return;
+
+    const QString line {"<font color=\"%1\">[%2]</font> <font color=\"%3\">%4</font>"};
+
+    QString cl = QString(clLogInf[ 0 ]);
+
+    switch (logType) {
+    case LogTypeError:
+        cl = QString(clLogErr[ 0 ]);
+        break;
+    case LogTypeWarning:
+        cl = QString(clLogWrn[ 0 ]);
+        break;
+    case LogTypeData:
+        cl = QString(clLogIn[ 0 ]);
+        break;
+    default:
+        break;
+    }
+
+    textEdit->append(
+        line.arg(
+            QString(clLogDate[ 0 ]),
+            QDateTime::currentDateTime().toString("HH:mm:ss"),
+            cl,
+            text.toHtmlEscaped()
+            )
+        );
+
+    QApplication::processEvents(QEventLoop::ExcludeUserInputEvents);
+}
+//==============================================================================

_include/application_config.h

@@ -27,17 +27,26 @@
 #define APP_CONFIG_H
 
 #include <QtCore/QString>
+#include <QtWidgets/QTextEdit>
 
 //==============================================================================
-
 class Application
 {
     Q_DISABLE_COPY(Application)
 
 public:
+    enum LogType {
+        LogTypeInfo,
+        LogTypeData,
+        LogTypeError,
+        LogTypeWarning
+    };
+
     static void initialize();
     static QString applicationRootPath();
     static void installTranslations(const QString &lng = "ru");
+    static void initializeLog(QTextEdit *textEdit);
+    static void addToLog(QTextEdit *textEdit, const QString &text, LogType logType = LogTypeInfo);
 
 private:
     Application() = delete;

client/main_window.cpp

@@ -24,7 +24,14 @@
 ****************************************************************************/
 #include "main_window.h"
 #include "./ui_main_window.h"
+
 #include <QtWidgets/QApplication>
+#include <QtGui/QRegularExpressionValidator>
+#include <QtNetwork/QHostAddress>
+#include <QtCore/QDateTime>
+#include <QtCore/QElapsedTimer>
+
+#include "application_config.h"
 
 namespace client { //===========================================================
 
@@ -34,13 +41,244 @@ MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
     , ui(new Ui::MainWindow)
 {
     ui->setupUi(this);
-    setWindowTitle( QApplication::applicationName() );
+
+    initialize();
+    updateControls();
 }
 //==============================================================================
 MainWindow::~MainWindow()
 {
+    socket.disconnectFromHost();
     delete ui;
 }
 //==============================================================================
+void MainWindow::initialize()
+{
+    setWindowTitle( QApplication::applicationName() );
+    Application::initializeLog(ui->textEditLog);
+
+    connect(ui->pushButtonConnect, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::btnConnect);
+    connect(ui->pushButtonSend, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::btnSend);
+    connect(&socket, &QTcpSocket::connected, this, &MainWindow::socketConnected);
+    connect(&socket, &QTcpSocket::disconnected, this, &MainWindow::socketDisconnected);
+
+    QString ipRange {"(?:[0-1]?[0-9]?[0-9]|2[0-4][0-9]|25[0-5])"};
+    QRegularExpression ipRegex ("^" + ipRange
+                               + "\\." + ipRange
+                               + "\\." + ipRange
+                               + "\\." + ipRange + "$");
+
+    ui->lineEditIp->setValidator( new QRegularExpressionValidator(ipRegex, this) );
+    ui->lineEditIp->setText("127.0.0.1");
+
+    QRegularExpression hexRegex("([a-fA-F0-9]{2})([\\s][a-fA-F0-9]{2})*[\\s]?");
+    ui->lineEditData->setValidator( new QRegularExpressionValidator(hexRegex, this) );
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::updateControls()
+{
+    bool connect = isConnected();
+
+    ui->pushButtonSend->setEnabled(connect);
+    ui->lineEditIp->setEnabled(!connect);
+    ui->spinBoxPort->setEnabled(!connect);
+
+    ui->pushButtonConnect->setText(connect ? tr("Закрыть") : tr("Открыть"));
+}
+//==============================================================================
+bool MainWindow::isConnected() const
+{
+    return socket.state() == QTcpSocket::SocketState::ConnectedState;
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::btnConnect()
+{
+    ui->pushButtonConnect->setEnabled(false);
+    ui->pushButtonSend->setEnabled(false);
+    ui->lineEditData->setEnabled(false);
+    ui->lineEditIp->setEnabled(false);
+    ui->spinBoxPort->setEnabled(false);
+
+    QApplication::processEvents(QEventLoop::ExcludeUserInputEvents);
+
+    if (isConnected()) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Закрытие соединения с сервером..."));
+        socket.disconnectFromHost();
+
+        if (socket.state() != QAbstractSocket::UnconnectedState) {
+
+            if (!socket.waitForDisconnected(timeout)) {
+
+                Application::addToLog(
+                    ui->textEditLog,
+                    tr("Не удалось закрыть соединение: %1")
+                        .arg(socket.errorString()),
+                    Application::LogTypeError);
+            }
+        }
+    }
+    else {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog, tr("Открытие соединения с сервером..."));
+        socket.connectToHost(
+            QHostAddress(ui->lineEditIp->text()),
+            static_cast<quint16>(ui->spinBoxPort->value())
+            );
+
+        if (socket.state() != QTcpSocket::SocketState::ConnectedState) {
+
+            if (!socket.waitForConnected(timeout)) {
+
+                Application::addToLog(
+                    ui->textEditLog, tr("Не удалось открыть соединение: %1")
+                        .arg(socket.errorString()),
+                    Application::LogTypeError);
+            }
+        }
+    }
+
+    ui->pushButtonConnect->setEnabled(true);
+    ui->lineEditData->setEnabled(true);
+    updateControls();
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::btnSend()
+{
+    if (!isConnected())
+        return;
+
+    QStringList list = ui->lineEditData->text().split(' ', Qt::SkipEmptyParts);
+    QByteArray sendData;
+
+    for (const QString &str: std::as_const(list) ) {
+
+        sendData.append( static_cast<char>( str.toInt(nullptr, 16) ) );
+    }
+
+    if (sendData.isEmpty()) return;
+
+    ui->pushButtonSend->setEnabled(false);
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Отправка массива %1 байт").arg(sendData.size()));
+
+    qsizetype sendCount {0};
+    QElapsedTimer timer;
+
+    timer.start();
+
+    while ((sendCount < sendData.size()) && (timer.elapsed() < timeout)) {
+
+        qsizetype count = socket.write(sendData.mid(
+            static_cast<int>(sendCount)
+            ));
+
+        if (count < 0) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog,
+                tr("Ошибка отправки данных"), Application::LogTypeError );
+        }
+        else if (count > 0) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog,
+                tr("Отправка данных: %1 (%2 байт)")
+                    .arg(
+                        QString(
+                            sendData.mid(
+                                        static_cast<int>(sendCount),
+                                        static_cast<int>(count) )
+                                .toHex(' '))
+                        ).arg(count),
+                Application::LogTypeData
+                );
+            sendCount += count;
+        }
+    }
+
+    if (sendCount < sendData.size()) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Таймаут отправки данных. Всего отправлено %1 байт из %2")
+                .arg(sendCount).arg(sendData.size()),
+            Application::LogTypeError );
+    }
+
+    if (sendCount == 0) {
+
+        updateControls();
+        return;
+    }
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Приём массива %1 байт").arg(sendData.size()));
+
+    if (!socket.waitForReadyRead(timeout)) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Таймаут ожидания приёма данных"), Application::LogTypeError );
+        updateControls();
+        return;
+    }
+
+    QByteArray readData;
+    timer.restart();
+
+    while ((readData.size() < sendData.size()) && (timer.elapsed() < timeout)) {
+
+        QByteArray buf = socket.read( sendData.size() - readData.size() );
+
+        if (!buf.isEmpty()) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog,
+                tr("Приём данных: %1 (%2 байт)")
+                    .arg(
+                        QString(buf.toHex(' '))
+                        ).arg(buf.size()),
+                Application::LogTypeData
+                );
+            readData.append(buf);
+        }
+    }
+
+    if (readData.size() < sendData.size()) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Таймаут приёма данных. Всего принято %1 байт из %2")
+                .arg(readData.size()).arg(sendData.size()),
+            Application::LogTypeError );
+    }
+
+    updateControls();
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::socketConnected()
+{
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Соединение открыто. Ip: %1, Порт: %2")
+            .arg(ui->lineEditIp->text()).arg(ui->spinBoxPort->value()),
+        Application::LogTypeWarning);
+    updateControls();
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::socketDisconnected()
+{
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog, tr("Соединение закрыто"), Application::LogTypeWarning);
+    ui->textEditLog->append("");
+    updateControls();
+}
+//==============================================================================
 
 } // namespace //===============================================================

client/main_window.h

@@ -27,6 +27,7 @@
 #define CLIENT_MAINWINDOW_H
 //==============================================================================
 #include <QtWidgets/QMainWindow>
+#include <QtNetwork/QTcpSocket>
 
 //==============================================================================
 QT_BEGIN_NAMESPACE
@@ -47,8 +48,20 @@ public:
     ~MainWindow();
 
 private:
-    Ui::MainWindow *ui;
+    const int timeout {5000};
 
+    Ui::MainWindow *ui;
+    QTcpSocket socket;
+
+    void initialize();
+    void updateControls();
+    bool isConnected() const;
+
+private slots:
+    void btnConnect();
+    void btnSend();
+    void socketConnected();
+    void socketDisconnected();
 };
 
 } // namespace //===============================================================

server/main_window.cpp

@@ -24,7 +24,14 @@
 ****************************************************************************/
 #include "main_window.h"
 #include "./ui_main_window.h"
+
 #include <QtWidgets/QApplication>
+#include <QtGui/QRegularExpressionValidator>
+#include <QtNetwork/QHostAddress>
+#include <QtCore/QDateTime>
+#include <QtCore/QElapsedTimer>
+
+#include "application_config.h"
 
 namespace server { //===========================================================
 
@@ -34,14 +41,257 @@ MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
     , ui(new Ui::MainWindow)
 {
     ui->setupUi(this);
-    setWindowTitle( QApplication::applicationName() );
+
+    initialize();
+    updateControls();
 }
 //==============================================================================
 MainWindow::~MainWindow()
 {
+    disconnectClients();
+    server.close();
+
     delete ui;
 }
 //==============================================================================
+void MainWindow::initialize()
+{
+    setWindowTitle( QApplication::applicationName() );
+    Application::initializeLog(ui->textEditLog);
+
+    connect(ui->pushButtonConnect, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::btnConnect);
+    connect(&server, &QTcpServer::newConnection, this, &MainWindow::newConnection);
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::updateControls()
+{
+    bool connect {server.isListening()};
+
+    ui->spinBoxPort->setEnabled(!connect);
+    ui->pushButtonConnect->setText(connect ? tr("Закрыть") : tr("Открыть"));
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::disconnectClients()
+{
+    while (!clients.isEmpty()) {
+
+        QTcpSocket *socket = clients.takeLast();
+
+        if (socket) {
+
+            socket->close();
+
+            if (socket->state() != QAbstractSocket::UnconnectedState)
+                socket->waitForDisconnected(2000);
+        }
+    }
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::btnConnect()
+{
+    ui->pushButtonConnect->setEnabled(false);
+    ui->spinBoxPort->setEnabled(false);
+
+    QApplication::processEvents(QEventLoop::ExcludeUserInputEvents);
+
+    if (server.isListening()) {
+
+        disconnectClients();
+        server.close();
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Сервер закрыт"),
+            Application::LogTypeWarning);
+
+        ui->textEditLog->append("");
+    }
+    else {
+
+        if (server.listen(
+                QHostAddress::Any,
+                static_cast<quint16>(ui->spinBoxPort->value())
+                )
+            ) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog,
+                tr("Сервер открыт для входящих подключений на порту %1")
+                    .arg(ui->spinBoxPort->value()),
+                Application::LogTypeWarning);
+        }
+        else {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog,
+                tr("Не удалось открыть сервер (%1)").arg(server.errorString()),
+                Application::LogTypeError);
+        }
+    }
+
+    ui->pushButtonConnect->setEnabled(true);
+    updateControls();
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::newConnection()
+{
+    QTcpSocket* socket = server.nextPendingConnection();
+
+    if (!socket)
+        return;
+
+    clients.append(socket);
+
+    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MainWindow::clientRead);
+    connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, this, &MainWindow::clientDisconnect);
+
+    QHostAddress clientAddress = socket->peerAddress();
+    quint16 clientPort = socket->peerPort();
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Входящее подключение. Адрес клиента: %1; Порт клиента: %2")
+            .arg(clientAddress.toString()).arg(clientPort),
+        Application::LogTypeWarning);
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::clientRead()
+{
+    QTcpSocket* socket = qobject_cast<QTcpSocket*>(sender());
+
+    if (!socket)
+        return;
+
+    QHostAddress clientAddress = socket->peerAddress();
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog, tr("Чтение входящих данных с %1").arg(clientAddress.toString()));
+
+    QByteArray readData;
+    QElapsedTimer timer;
+
+    timer.start();
+
+    while (readData.isEmpty() && (timer.elapsed() < timeout)) {
+
+        readData = socket->readAll();
+    }
+
+    if (readData.isEmpty()) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog,
+            tr("Таймаут ожидания данных с %1").arg(clientAddress.toString()),
+            Application::LogTypeError);
+        return;
+    }
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Принятые данные c %1: %2 (%3 байт)")
+            .arg(clientAddress.toString(), QString(readData.toHex(' ')))
+            .arg(readData.size()),
+        Application::LogTypeData);
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Обработка массива %1 байт").arg(readData.size()));
+
+    QByteArray sendData;
+
+    // Преобразование данных в выходной массив:
+    // если значение 0x00 или 0xFF, заменить на 0xAA
+    // иначе на четных индексах увеличить значение на 1
+    // на нечетных уменьшить значение на 1
+
+    for (auto i = 0; i < readData.size(); ++i) {
+
+        quint8 byte = static_cast<quint8>( readData.at(i) );
+
+        if ((byte == 0) || (byte == 0xFF))
+            byte = 0xAA;
+        else if ((i % 2) == 0)
+            ++byte;
+        else
+            --byte;
+
+        sendData.append( static_cast<char>(byte) );
+    }
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog, tr("Данные после обработки: %1")
+            .arg(
+                QString(sendData.toHex(' '))
+                ),
+        Application::LogTypeData
+        );
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Отправка данных клиенту %1").arg(clientAddress.toString()));
+
+    qsizetype sendCount {0};
+    timer.restart();
+
+    while ((sendCount < sendData.size()) && (timer.elapsed() < timeout)) {
+
+        qsizetype count = socket->write(sendData.mid(
+            static_cast<int>(sendCount)
+            ));
+
+        if (count < 0) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog, tr("Ошибка отправки данных на %1")
+                    .arg(clientAddress.toString()),
+                Application::LogTypeError );
+        }
+        else if (count > 0) {
+
+            Application::addToLog(
+                ui->textEditLog, tr("Отправка данных на %1: %2 (%3 байт)")
+                    .arg(clientAddress.toString(),
+                         QString(sendData.mid(
+                                             static_cast<int>(sendCount),
+                                             static_cast<int>(count)
+                                             ).toHex(' ')))
+                    .arg(count),
+                Application::LogTypeData
+                );
+            sendCount += count;
+        }
+    }
+
+    if (sendCount < sendData.size()) {
+
+        Application::addToLog(
+            ui->textEditLog, tr("Таймаут отправки данных на %1. Всего отправлено %2 байт из %3")
+                .arg(clientAddress.toString()).arg(sendCount).arg(sendData.size()),
+            Application::LogTypeError );
+    }
+}
+//==============================================================================
+void MainWindow::clientDisconnect()
+{
+    QString clientAddressStr;
+
+    if (sender()) {
+
+        QTcpSocket* socket = qobject_cast<QTcpSocket*>(sender());
+
+        if (socket) {
+
+            QHostAddress clientAddress = socket->peerAddress();
+            clientAddressStr = clientAddress.toString();
+        }
+    }
+
+    Application::addToLog(
+        ui->textEditLog,
+        tr("Закрытие входящего подключения %1").arg(clientAddressStr),
+        Application::LogTypeWarning);
+}
+//==============================================================================
 
 } // mamespace //===============================================================
 

server/main_window.h

@@ -25,8 +25,12 @@
 #pragma once
 #ifndef SERVER_MAINWINDOW_H
 #define SERVER_MAINWINDOW_H
-//==============================================================================
+
 #include <QtWidgets/QMainWindow>
+#include <QtNetwork/QTcpServer>
+#include <QtNetwork/QTcpSocket>
+#include <QtCore/QMap>
+#include <QtCore/QList>
 
 //==============================================================================
 QT_BEGIN_NAMESPACE
@@ -47,8 +51,21 @@ public:
     ~MainWindow();
 
 private:
-    Ui::MainWindow *ui;
+    const qint64 timeout {5000};
 
+    Ui::MainWindow *ui;
+    QTcpServer server;
+    QList<QTcpSocket*> clients;
+
+    void initialize();
+    void updateControls();
+    void disconnectClients();
+
+private slots:
+    void btnConnect();
+    void newConnection();
+    void clientRead();
+    void clientDisconnect();
 };
 
 } // mamespace //===============================================================