Linux平台下的聊天软件的设计与开发毕业设计Word文件下载.docx
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NetworkProgramming;
GraphicsUserInterface
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论文页数：
26页
1引言1
1.1课题的背景及意义1
1.2网络聊天软件的发展及现状1
1.3TCP/IP协议简介2
1.3.1TCP协议简介2
1.3.2UDP协议简介2
1.4套接字简介3
1.5开发平台简介3
1.5.1Linux系统简介3
1.5.2Gtk+图形开发库简介4
1.5.3Gnome的开发结构简介4
1.5.4Glade集成开发工具简介4
1.5.5编程语言和编程工具简介5
1.6本章小结5
2软件需求分析5
2.1软件功能需求5
2.2总体性能需求6
2.2.1服务器端性能需求6
2.2.2客户端性能需求6
2.3错误处理需求6
2.4本章小结6
3程序设计方案6
3.1方案比较6
3.1.1采用TCP方式连接6
3.1.2采用UDP方式连接7
3.2方案选择8
3.3总体设计方案8
3.3.1服务器功能模块划分8
3.3.2客户端功能模块划分8
3.3.3消息标识的定义9
3.3.4消息结构体的设计10
4软件流程11
4.1服务器消息处理流程11
4.2客户端操作流程12
4.3客户端消息发送和接收流程13
4.4申请用户流程14
5详细设计15
5.1服务器主要函数和变量15
5.2服务器消息处理模块的设计与实现15
5.3服务器数据存储的方法16
5.4客户端主要窗口设计17
5.5客户端主要函数和变量20
5.6客户端功能模块的设计与实现21
5.7本章小结23
结论23
参考文献24
致谢25
声明26
1引言
1.1课题的背景及意义
在网络无所不在的今天，在Internet上，有ICQ、MSN、Gtalk、OICQ等网络聊天软件，极大程度上方便了处于在世界各地的友人之间的相互联系，也使世界好像一下子缩小了，不管你在哪里，只要你上了网，打开这些软件，就可以给你的朋友发送信息，不管对方是否也同时在线，只要知道他有号码。
Linux操作系统作为一个开源的操作系统被越来越多的人所应用，它的好处在于操作系统源代码的公开化！
只要是基于GNU公约的软件你都可以任意使用并修改它的源代码。
但对很多习惯于Windows操作系统的人来说，Linux的操作不够人性化、交互界面不够美观，这给Linux操作系统的普及带来了很大的阻碍。
因此制作一个Linux操作系统下的拥有人性化界面的实时通讯工具，将给那些刚刚接触Linux操作系统的用户带来极大的方便，而且通过设计这样的一个应用程序还能更好的学习网络编程知识和掌握Linux平台上应用程序设计开发的过程，将大学四年所学知识综合运用，以达到检验学习成果的目的。
1.2网络聊天软件的发展及现状
网络的诞生从某种意义上来说改变了我们的生活，它将这个世界的上不同地域的人之间的距离拉近了。
伴随着网络的诞生，网络聊天软件也随之而来。
最初的网络聊天软件只是有简单的文本界面，功能也十分有限，随着技术的不断发展与强大，拥有更多功能和美观界面的聊天程序走进了我们的生活，也有越来越多的人将网络聊天软件作为他们日常生活交流和通信的工具。
网络聊天软件在国外有ICQ等，在国内主要有OICQ、Ticq和一些基于网页的即时通讯工具，像Chinaren网站上的WebMaster等等，都做得即美观，且功能强大，OICQ现在拥有非常大的用户群。
现在也有很多在网络上不使用服务器的通讯软件，这种软件小巧且方便，也能解决一部分问题。
但是有服务器的通讯软件，有着不可比拟的优势：
可以发送离线消息，不管用户当时是否在线，下次上线时，就可以看到这条消息了。
可以保存用户的个人信息或个人简介，供人查看。
而且，无服务器的通讯软件，是以机器为通讯单元的，而有服务器的聊天软件是以人为通讯单元的。
所以，带服务器的聊天软件在网络上，有着非常广泛的用途，为网络上的通讯带来了极大的方便，它使人与人之间的交流不再只局限于某一个范围，并且它的开销也是很小的，你只需要拥有一部可以联网的PC机就足够了！
1.3TCP/IP协议简介
TCP/IP是国际互联网所采用进行网际互连的通信协议。
实际所称的TCP/IP协议包括了在国际互联网络应用的一组协议，互联网协议族是此协议族的另一个名字。
1.3.1TCP协议简介
因为我们这个程序所采用的是面向连接的TCP协议，所以我们这里就只对TCP（传输控制协议）这一部分作详细的介绍。
TCP：
传输控制协议（TCP：
TransmissionControlProtocol）
传输控制协议是一个TCP/IP组中能够实现可靠数据传送的传输层协议，并通过顺序响应能实现对应用程序的虚拟连接服务，在必要的时候进行包转发。
与IP协议相结合，TCP代表了网络协议的核心。
大多数网络应用程序是在相同的机器上运行的，计算机上必须能确保目的地的应用程序从源地址处获得数据包，及源计算机上的应用程序的回复获得选择的路经。
这一过程是通过使用TCP的“端口号”完成的。
网络IP地址和端口号的连接要达到唯一的标识,我们称之为“套接字”或“端点”。
为了可靠通信，TCP在端点间建立了连接或虚拟电路。
TCP服务提供了数据流传输、可靠行、有效流控制、全双工操作和多路复用技术等。
关于数据流传输，TCP发送一个由序列号定义的无结构的字节流。
这对应用程序有利，因为在被送出TCP之前应用程序不需要划分成块，TCP可以将字节整合成字段,然后发送给IP。
TCP是面向连接的端到端的可靠协议,并保证传送数据包的顺序，而顺序是用一个响应序号来保证的，这个响应序号告诉接收者发送者期望的下一个包。
如果在规定时间内，没有收到关于这个包的确认响应，则需要重新发送此包。
TCP的可靠机制允许设备处理丢失、删除及读错的包。
暂停机制允许设备监测丢失的包并请求重发。
TCP提供了有效流控制。
当向发送者返回发送确认响应，接收TCP进程就会暗示最高序列号，它能接收并保证不会发生溢出。
全双工操作：
TCP进程能够同时发送和接收包。
TCP中的多路技术：
大量上层同时会话在单连接时进行多路复用。
1.3.2UDP协议简介
UDP协议是英文UserDatagramProtocol的缩写，即用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。
包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。
UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天，UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。
与我们所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。
根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。
UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。
一个典型的数据报就是一个二进制数据的传输单位。
每一个数据报的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。
既然UDP是一种不可靠的网络协议，那么还有什么使用价值或必要呢？
其实不然，在有些情况下UDP协议可能会变得非常有用。
因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。
虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。
反观UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。
1.4套接字简介
应用层通过传输层进行数据通信时，TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。
多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。
为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了称为套接字（Socket）的接口。
区分不同应用程序进程间的网络通信和连接，套接字主要有3个参数：
通信的目的IP地址、使用的传输层协议（TCP或UDP）和使用的端口号。
通过将这3个参数结合起来，与一个Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务
1.5开发平台简介
1.5.1Linux系统简介
Linux操作系统是UNIX操作系统的一种克隆系统。
它诞生于1991年的10月5日（这是第一次正式向外公布的时间）。
以后借助于Internet网络，并经过全世界各地计算机爱好者的共同努力下，现已成为今天世界上使用最多的一种UNIX类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长。
GNU计划和自由软件基金会（theFreeSoftwareFoundation-FSF）于1984年创办。
旨在开发一个类似Unix、并且是自由软件的完整操作系统：
GNU系统。
在Linux平台上运行的软件都是免费使用的，且你可以随意的改动代码部分，只要他们是完全基于GNU的。
1.5.2Gtk+图形开发库简介
Gtk+（GIMPToolkit，GIMP工具包）是一个用于创造图形用户接口的图形库。
Gtk+是基于LGPL授权的。
Gtk+图形库使用一系列称为“构件”的对象来创建应用程序的图形用户接口。
它提供了窗口、标签、命令按钮、开关按钮、检查按钮、无线按钮、框架、列表框、组合框、树、列表视图、笔记本、状态条等构件。
可以用它们来构造非常丰富的用户界面。
在用Gtk+开发Gnome的过程中，由于实际需要，在上面的构件基础上，又开发了一些新构件。
一般把这些构件称为Gnome构件（与Gtk+构件相对应）。
这些构件都是Gtk+构件库的补充，它们提供了许多Gtk+构件没有的功能。
从本质上来说，Gtk+构件和Gnome构件是完全类似的东西。
GTK本质上是面向对象的应用程序编程接口（API）。
虽然完全是用C写成的，但它仍然是用类和回调函数（指向函数的指针）的方法实现的。
1.5.3Gnome的开发结构简介
只使用Gtk+构件也可以开发出优秀的Linux应用程序，但是Gnome构件，特别是GnomeApp、GnomeUIInfo等，使开发界面一致的应用程序变得更加容易。
Gnome的一些新特性，如popt参数分析，保存应用程序设置等也是Gtk+构件所没有的。
Gnome的开发架构包含以下一些内容：
1.非Gnome库：
2.Gnome库：
3.其他库
这些库一般被使用在Gnome应用程序中，但它不是Gnome-libs专属的部分。
1.5.4Glade集成开发工具简介
Glade是面向GTK+/Gtkmm的图形界面开发工具。
它向用户提供可视化的界面设计环境，并以XML文件的格式进行保存。
Glade提供了一个类库，在程序运行的时候，它可以通过读取XML文件而生成相应的程序界面，从而达到了程序代码逻辑与用户界面的完全分离。
另一方面，有另一个工具（glade--）可以用来把这些XML文件直接生成相应的Gtk+/Gtkmm代码。
对于比较小型的项目，这种方法是比较适用的。
这种通过XML对界面进行描述的特性极大地增强了程序的灵活性，界面的设计与代码的编写可由相关的人员进行。
也许这是以后桌面应用程序开发的一个方向。
1.5.5编程语言和编程工具简介
因为C语言是平台适应性最强的语言，差不多每种平台上都会有一个C编译器。
C语言也更易移植，因而，在Linux下编程的最佳语言应该是C语言，Linux上的很多应用程序就是用C语言写的。
因为Gtk+和Gnome是用C语言编写的，所以在开发Linux下的GUI程序时使用C语言是非常方便的。
Linux发布版本中都提供了C编译器gcc，它目前的版本是4.1。
Linux系统下的gcc（GNUCCompiler）是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。
gcc是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%gcc编译器能将C、C++语言源程序、汇程式化序和目标程序编译、连接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。
调试器GDB能让你观察另一个程序在执行时的内部活动，或程序出错时发生了什么。
GDB主要能做四件事（包括为了完成这些事而附加的功能），帮助用户找出程序中的错误。
运行程序，设置所有的能影响程序运行的东西。
保证程序在指定的条件下停止。
当程序停止时，让用户检查发生了什么。
改变程序。
那样用户可以试着修正某个bug引起的问题，然后继续查找另一个bug。
用户可以用GDB来调试C和C++写的程序。
1.6本章小结
随着计算机应用技术的日益普及，网络也遍及到我们生活的每个角落，很好的利用这人资源，将为我们的工作和学习带来极大的方便和提高工作效率。
所以，开发一个网络里的C/S通讯软件是十分必要的。
由于设计该软件的主要目的是深入的学习Linux平台上应用程序的编写方法，本系统将采用GNU的理论方法进行开发。
2软件需求分析
为了开发出符合要求的网络聊天程序，首先必须知道使用者的需求。
对需求的深入理解是开发工作获得成功的前提条件，它对目标项目提出完整、准确、清晰、具体的要求。
2.1软件功能需求
登录功能。
申请新用户的功能。
客户可以通过服务器转发，实现一对一的聊天。
服务器端可以保存用户的信息。
客户端程序可以显示在线好友。
应该具有易用、美观的图形界面。
2.2总体性能需求
2.2.1服务器端性能需求
服务器需要同时连接很多个用户，并能提供给这些连接用户所需要的任务处理请求，这就要求服务器能同时处理多个socket连接。
服务器模型一般分为循环服务器和并发服务器，循环服务器一次只能处理一个连接，也就是说同一时间只能由一个用户连接到服务器进行消息处理，这种情况是不被允许的。
因此我们将采用多线程方式的并发服务器来设计服务器端，这样将能从很大程度上提高服务器的运行效率。
2.2.2客户端性能需求
客户端只需要连接到服务器便可以进行任务的处理工作，因此客户端的主要性能要求为图形界面运行的稳定性和对出错信息的及时反映。
当一个窗体出现问题时能够及时的处理，让主程序不受影响。
2.3错误处理需求
所有的应用程序在运行过程中都会出现出错的情况，这种错误可能来自于程序本身的BUG也可能是用户操作的失误所造成的。
当有错误发生时，我们应该有一个很好的机制来保障错误能够及时地被排除。
因此，当应用程序出现了错误的时候我们就需要程序能提供给我们出错的信息，这样用户就能够很快的找出具体的出错原因，以便寻找合理的途径去解决它。
2.4本章小结
需求是开发的前提，只有明确了需求才能开发出一个符合用户期望的优质软件。
上面已经总体上列出该聊天程序的基本功能需求，接下来的工作就是如何将这些功能开发的尽量完善，使得界面清晰简单，方便易用。
3程序设计方案
3.1方案比较
3.1.1采用TCP方式连接
TCP方式连接的一个显著特点就是需要有服务器，这种类型的程序通常被称为客户机/服务器模式。
客户机/服务器模型也是一种网络模型，但与前述的网络模型不同，它并不是定义了网络的层次结构，而是描述了一种网络程序运行的方式。
客户及/服务器模型将网络应用程序分为客户和服务器两部分。
客户方对服务器方发送信息请求，服务器方对其做出相应回答，提供服务。
在TCP/IP网络应用中，多数网络应用程序是使用客户/服务器模型设计的。
服务程序通常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户程序提出了请求信息。
此时，服务程序被"
惊醒"
并且为客户提供服务，对客户的请求做出适当的反应。
虽然基于连接的服务是设计客户/服务器应用程序的标准，但有些服务也是可以通过数据报Socket提供的。
当建立服务器程序时，应该将服务器程序设计成等候客户的请求。
TCP传输层通过协议端口和应用程序通信，也就是说，为了接收客户请求，服务器程序必须对传输层的一个特定协议端口进行侦听。
当服务器配置socket接口时，它使用bind（）函数让socket执行体登记一个协议端口。
也就是说，程序告诉socket执行体使用哪一个协议端口进行数据传送。
Socket执行体接着告诉传输层某个特定协议端口已被使用，并将其收到的所有数据传送给SocketAPI。
3.1.2采用UDP方式连接
采用UDP协议的程序不需要有服务器，两个程序之间可以通过无连接的方式进行通信，所以无连接是使用UDP协议程序的一个显著特点。
使用无连接协议的程序和使用面向连接协议的服务器程序之间的主要相似之处是它们都必须对一个协议端口进行侦听。
例如，无连接和连接服务器程序必须在协议端口侦听客户请求。
同样，由于无连接客户程序没有和远地主机建立直接连接，所以它也必须对协议端口进行侦听，以便接收以对它服务请求产生的数据报应答。
SocketAPI中的bind（）函数让程序将一个本地地址（包括主机地址和协议端口）和一个Socket联系起来。
下面程序行显示了一个典型的函数调用：
result＝bind（socket_handle,local_structuresocket_address,address_length）
无连接客户程序也对一个协议端口进行侦听。
使用无连接协议的程序不和远地主机建立直接连接。
无连接客户程序使用数据报发送网络服务请求，它不建立点到点连接。
因此无连接客户程序必须在一个协议端口，对应答数据报进行侦听。
与服务器程序一样，无连接客户程序也使用bind函数让Socket执行体登记协议端口。
也就是说，类似服务器程序，无连接客户程序告诉Socket执行体使用哪个协议端口进行数据传输。
Socket执行体处理传输层内UDP软件模块和客户程序之间的接口。
3.2方案选择
综合以上分析，本软件开发选择方案如下：
Linux系统采用C语言开发，TCP方式进行连接。
采用C/S结构。
系统界面美观内容丰富，很好的实现了与用户的交互。
3.3总体设计方案
为实现网络聊天的功能，该软件采用Socket编程，服务器与客户端采用了TCP/IP方式连接，在设计聊天方案时，实行将所有信息发往服务器端，再由服务器进行分别处理的思路，服务器端是所有信息的中心。
3.3.1服务器功能模块划分
服务器负责向各个客户端发布系统消息。
接受来自客户端的各种信息并分别处理。
针对这些操作，服务器做了如下的模块划分：
处理登陆信息模块：
检查登陆信息是否正确，并向客户端返回登陆信息，如信息正确。
就将在线用户发给该用户，并将该用户的状态发给各在线用户。
同时在服务器端显示出来。
处理聊天信息模块：
转发消息给指定的用户。
处理申请信息模块：
通过用户申请模块进行新用户的注册，保存该用户信息。
发布系统消息模块：
将用户上下线的消息发给各客户端，并改写用户在服务器端和客户端的状态。
服务器功能示意图：
图4-1服务器功能模型
3.3.2客户端功能模块划分
客户端主要负责处理用户的操作信息，当用户做出相应的动作时客户端应该能
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