基于Qt框架实现的 CS架构的外卖平台软件系统

基于Qt框架实现的 C/S架构的外卖平台软件系统 C/S 架构的外卖平台 引言

本次在 Qt 框架下实现了一个 C/S 架构的外卖平台软件，客户端使用到 Qt::Widgets 和 Qt::Network 模块，服务器使用到 Qt::Sql 和 Qt::Network 模块。系统的应用情景是：一个服务器实例服务多个客户端实例，客户端使用了 GUI 界面，支持用户注册、登录；商家管理产品、处理订单；不同优惠级别的订餐者查看产品、支付订单；以及系统管理员查看销售额日志。

功能介绍

用户注册、登录

商家添加产品

商家查看和修改产品

商家查看和处理订单

订餐者查看和添加购物车

订餐者查看和结算订单

订餐者优惠等级的变化

管理员查询销售日志

系统分析与设计

概述和类图

客户端的行为控制集成在 MainWidget 类中，分为网络通信和 GUI 窗体展示两个部分；和服务器基本的交互模式是：在按钮控件点击行为的回调里，向服务器发送对应的任务 id 和当前界面表达的信息，收到服务器合法的回复后，刷新当前界面，跳转到对应的数据展示界面；GUI 方面，使用建造者模式为不同用户构建不同的功能菜单，客户端的数据视图分为用户信息视图 UserForm（用户登录和注册）、产品信息视图 ProductForm 和订单信息视图 OrderForm，所有信息视图维护一个具体类的全部信息，得到提交请求的时候，收集对应的信息进行序列化并发送；考虑产品和订单具有相似的展示需求，即展示所有和编辑单个，产品信息和订单信息以子窗口行的形式罗列在带滚动条控件 QScrollArea 的 ViewWidget 类中，通过直接在列表里选中、修改对应的子窗口行来进行单项编辑。特别地，对于产品列表，通过d出新的产品信息子窗口进行添加；对于订单列表，添加行为发生在产品列表中，订单列表（即用户的购物车、商家的订单）只维护修改状态和提交修改请求的行为。服务器单例 FoodServer 通过持有的 QTcpServer 变量处理连接请求，为每一个客户端的接入创建一个 QTcpSocket；对于 QTcpSocket 每一次接到的流数据，构造一个 ServerNetService 进行处理；ServerNetService 读取流数据开头的任务 id 区分客户端请求，通过 DbHandlerFactory 获得 User、Product、Order 对应的 DbHandler 执行数据库的增删查改；DbHandler 的抽象基类封装了 QSqlQuery 提供的基于执行 SQLite 语句的数据库 *** 作和对应调试结果打印 *** 作；通过具体 DbHandler 中的众多 static 方法执行数据库返回值的解析任务，将解析结果标记上通信协议指定的任务 id，通过 QTcpSocket 返回给客户端。

客户端类图

服务器类图

实现方案 四个典型的设计模式

服务器

单例模式

// 实现
class FoodServer : public QObject {
Q_OBJECT
public:
    ~FoodServer();
    static FoodServer &getInstance();
    FoodServer(const FoodServer &) = delete;
    FoodServer &operator=(const FoodServer &) = delete;
private:
    FoodServer();
    QTcpServer *server;
};
// 使用
auto &server = FoodServer::getInstance();

FoodServer 的监听行为在构造函数里初始化，通过 QCoreApplication::exec() 的循环机制，在下面的代码中插入实例化语句，即可做到维护一个全局的 FoodServer 实例。

    QCoreApplication a(argc, argv);
    // insert getInstance here
    return a.exec();

简单工厂模式

简单工厂模式应用在 DatabaseHandler 上，具体 DatabaseHandler 的处理数据的静态方法通过简单工厂方法，获得对应具体 DatabaseHandler 的数据库 *** 作行为。类图如下：

// 使用
QString username = ...;
auto db = DbHandlerFactory::getDbHandler("UserTable");
db->queryByString("select", "uname", username);

策略模式

策略模式被用于服务端的用户类执行结算 *** 作上。处于安全性设计考虑，结算行为发生在 Server 端。类图如下：

// 使用
double User::pay(double _pay) {
     return discount->calculate(_pay);
}
double pay = user.pay(order.getPrice() * order.getOnum());
order.setOpay(pay);

客户端

建造者模式

建造者模式被用于功能菜单 TodoForm 的构建上，职责是为不同用户显示不同的具体功能菜单，显示不同的用户信息提示。类图如下：

// 使用
TodoFormBuilder *builder;
TodoFormController controller;
switch (user.getUtype()) {
    case seller:
        builder = new SellerTodoBuilder();
        userTodoForm = controller.createUserTodoForm(builder, user);
        ...// connect signals and slots
        break;
    case admin:
        builder = new AdminTodoBuilder();
        userTodoForm = controller.createUserTodoForm(builder, user);
        ...// connect signals and slots
        break;
    case buyer:
    case vip1:
    case vip2:
        builder = new BuyerTodoBuilder();
        userTodoForm = controller.createUserTodoForm(builder, user);
        ...// connect signals and slots
}
delete builder;

网络通信

Qt::Network 库封装了发送和接收 tcp 报文的 *** 作，但是没有提供完整接收所有内容的接口，这意味者一个较大的序列化数据流会被拆分成多个 tcp 包，多次触发 QTcpSocket::readyRead 信号，导致无法一次性正确读取序列化数据。测试中发现，客户端向服务器的数据全部可以在一个 tcp 包中被发送，服务器返回的列表数据（比如全部订单、全部产品）大多不能在一个 tcp 包中被发送，所以服务端数据流需要存储长度信息，供客户端判断和拼接对应的 tcp 包中的数据。

// 服务端发送 TCP 包
QByteArray ServerNetService::process() {
    QDataStream reader(&buffer, QIODevice::ReadOnly);
    reader >> taskid;
    QByteArray result;
    QDataStream writter(&result, QIODevice::WriteOnly);
    qint64 dataSize = 0;
    writter << dataSize;
    switch (TaskId(taskid)) {
        ...                     // 调用数据库操作
    }
    dataSize = result.size();   // 向buffer头写入buffer长度
    QDataStream _writter(&result, QIODevice::WriteOnly);
    _writter << dataSize;
    return result;
}

connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
    // 客户端的数据可以一次读完
    ServerNetService netio(socket->readAll());
    socket->write(netio.process());
});

// 客户端接收 TCP 包，需要考虑多次读取在拼接的问题
connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
    QDataStream preReader(&toAppendBuffer, QIODevice::ReadOnly);
    auto tmp = socket->readAll();
    if (toAppendBuffer.isEmpty()) { // 读第一个包
        toAppendBuffer.append(tmp);
        preReader >> toReceiveBufferSize;
        if (toAppendBuffer.size() < toReceiveBufferSize) 
            return;
    } else {                        // 读中间的tcp包
        toAppendBuffer.append(tmp);
        if (toAppendBuffer.size() < toReceiveBufferSize) 
            return;
    }// 读完一个完整的数据流，进行进一步处理
    QDataStream reader(&toAppendBuffer, QIODevice::ReadOnly);
    reader >> toReceiveBufferSize;
    int taskid;
    reader >> taskid;
    process(TaskId(taskid), reader);
    toAppendBuffer.clear();
});

数据库 *** 作

以产品表为例：

class ProductDbHandler : public DatabaseHandler {
public:
    ProductDbHandler() { setTableName("ProductTable"); }
    static inline QList queryProducts(QSqlQuery &q);
    static void db_addProduct(const Product &product, bool putId = false);
    static void db_delProduct(const int pid);
    static QList db_getProduct();//所有产品
    static QList db_getProduct(const int pid);//指定编号的产品
    static QList db_getProduct4Seller(const int uid);//一个商家的所有产品
};
class DbHandlerFactory {
public:
    static std::shared_ptr getDbHandler(const QString &tableName, bool logging = false);
};
// 举一个静态成员函数的例子
void ProductDbHandler::db_delProduct(const int pid) {
    auto db = DbHandlerFactory::getDbHandler("ProductTable");
    db->queryByInt("delete", "pid", pid);
    db->exec();
}

之所以要以静态成员函数这种不够面向对象的方式编写数据库 *** 作方法，是因为查询订单、产品列表的返回值都是 QList< 具体类 >，没有使用指针或智能指针来实例化模板，不方便设计出统一的抽象来处理返回值。这里只对基本的数据库语句执行方法进行了一定的抽象来简化代码。 序列化和反序列化

QDataStream 类支持通过重载 >> 和 << 操作符实现对自定义数据的序列化和反序列化，对于列表数据，QDataStream 类支持对 QList类型进行序列化，其中的 class 必须有 >> 和 << 的具体实现。以 User 类为例：

QDataStream &operator<<(QDataStream &s, const User &user) {
    s << user.uid << user.utype << user.uname << user.password << user.photo;
    return s;
}
QDataStream &operator>>(QDataStream &s, User &user) {
    s >> user.uid >> user.utype >> user.uname >> user.password >> user.photo;
    return s;
}

GUI 控制

GUI 控制依赖 Qt 的信号-槽机制，类似回调函数，原理在此不赘述。总结三个触发窗口变化的情景：

用户编辑文本框文本、编辑复选框、下拉菜单用户点击按钮客户端收到服务器应答

用户编辑输入控件的行为由 Qt 框架后台管理，只需要处理类似产品数量和总价的同步变化关系；按钮点击的响应有拉起 QMessageBox 提示和提交网络请求两种后续行为；收到服务器应答意味着按钮发送的请求得到回复，会对回复进行反序列化，将数据呈现到新的展示窗口上。 销售日志

直接进行条件查询：

QList OrderDbHandler::db_getOrderDone() {
    auto db = DbHandlerFactory::getDbHandler("OrderTable");
    db->queryByInt("select", "ostate", Ostate::done);// 查询完成的订单
    return OrderDbHandler::queryOrders(db->exec());
}

然后用哈希表进行计数

QHash OrderDbHandler::getCountByMonth(const QList &orders) {
    QHash count;
    for (auto &r:orders) {  // 日期示例：周六 6月 20 09:31:45 2020
        auto split = r.getSubmittime().split(" ");
        if (count.find(split[1]) == count.end()) {
            count[split[1]] = r.getOpay();
        } else {
            count[split[1]] += r.getOpay();
        }
    }
    return count;
}

系统符合设计原则的情况

服务器拆分出了网络通信类和数据库类，符合单一职责原则，客户端将网络通信和 GUI 交互整合在一起，不符合单一职责原则Order 类和 OrderWithFullInfo 类的设计符合里氏替换原则，OrderWithFullInfo 类只是在 Order 类的基础上增加了一些成员变量和函数，继承关系没有破坏 Order 类原有的函数FoodServer 类持有 QTcpServer 的引用而不是继承并覆写相关方法，符合合成/聚合复用原则 小结

本次作业中实现的外卖平台软件具备 C/S 架构，支持多用户同时登陆的交互场景；实现了 GUI 界面；使用到了单例模式、简单工厂模式、策略模式和建造者模式；充分考虑了交互过程中的各种可能性，具有较好的鲁棒性