对于初学者而言，这是一个很好的i+1（笑）锻炼自己的项目，要知道，当时的学生也只是大一而已，而且现在Github上也可以找到其他人对于本项目的复刻，拥有如此充分的学习资料，让难度再次降低。
初学者看到这样一个庞大的项目，对比之前课上练习的简短的命令行以及类似学生管理系统之类，本项目的要求更高，不过不用担心，稍微加上一些难度才是正确的锻炼之道。
项目要求的pdf文件可以在知乎上的这个问题描述中找到，这里就不放了。 https://www.zhihu.com/question/389457315
对于开发者（学习者）需求：
基本需求：C++基础（因为是给大一自动化专业学生的C++程序设计大作业）（推荐书目：先读《Essential C++》（比较薄，快速入门），至于《C++ primer》，用到的部分再去看这本）
刚需：学习能力、学习热情、自学能力（对于本项目中的很多功能的实现都是需要这些能力）
【“雷课堂” 大作业小课堂 - 1】 https://www.bilibili.com/video/BV1rt4y127ak?vd_source=e4f2fda4b9410b91ed51e583b06b125e
如何看待清华大学自动化系2020年大一c++大作业是写一个功能更强大的雨课堂（雷课堂）? https://www.zhihu.com/question/389457315
以及GitHub上也有已经完成的项目以及在进行中的复刻项目可以带来启发
以及ChatGPT和New Bing等AI工具辅助学习（推荐）
（听说当时大作业设计的老师给出了demo以及部分代码，但是我目前还是没有找到，只是根据已经完成的项目中找到部分代码）
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基本要求 1.1 用户登录 1.2 语音设备 1.3 共享屏幕 1.4 语音直播 1.5 随机语音提问 1.6～1.7 在线做题 1.8 学生签到 1.9 注意力 1.10 上下课 1.11 进出课堂 1.12 麦克风管制
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系统设计要求 2.1 系统设计要求 2.2 private 2.3 类分离 2.4 API 封装 2.5 调库
对于初学者来说，对于雷课堂这样功能众多且复杂的项目，一时间会很难下手，从0开始构建，以及各个功能该如何实现，这些都是我们需要考虑的问题，让我们来看看，当时的学生是怎么储备实现这些的知识的：
[大作业习题课讲解实录] https://www.zhihu.com/question/389457315/answer/1169611271
1.讲解winsock 的使用
（从 CSDN 上找到一段能运行的 socket 代码并复制到自己的工程里，然后在把 server 部署在了自己的公网 IP 上（注：清华校园网有公网 IP），并且用清华网盘把客户端传给大家，让大家连到 server 并发送信息）
2.完善socket程序
为上次的 socket 程序完成类设计，配置图形界面，以及封装成类。最初的类设计不多说，范老师用他严格的规范要求改了命名、接口、类结构等等（提及了用C++Builder写图形界面)（不过就现在而言更建议学学Qt Creator）
…………………………
将大致的功能分类，可以得到大概如下分类。
在这当中，UI模块目测是最简单的部分，一方面我们对于UI的美观没有要求（先实现功能后面考虑UI），如果有过了解的话，可以利用Qt Designer，通过拖拽方式创建用户界面，甚至无需编写代码。
然而除此之外的对于我们来说就比较陌生了，存储模块可能涉及到数据库，屏幕获取、UDP传输、以及语音模块都相当陌生。那么我们还是先从类结构说起吧。
现在我们了解了我们想要实现的功能，那么如何实现这些功能呢。我们需要用到函数， 那么如何的使用这些函数以及方便用户使用呢，就需要设计我们函数需要用到的类，也就是类结构设计 (建议阅读《C++ primer 》类那章）
思路上是从上往下，从功能到接口； 编码实现是从下往上，从接口编写到实现功能;
在学习本项目之前，大部分学生似乎也只是写过一些简单程序，写过一些算法的都极少（当时的学生估计也一样），那么面对语音（声音）可以说是一窍不通。
让我们先了解下声音吧，这里可以听一听 【“雷课堂” 大作业小课堂 - 1】
https://www.bilibili.com/video/BV1rt4y127ak?vd_source=e4f2fda4b9410b91ed51e583b06b125e 中视频选集2中02：03开始的部分。
以及 【计算机数据存储：音频&视频】
https://www.bilibili.com/video/BV1vD4y1j7rm?vd_source=e4f2fda4b9410b91ed51e583b06b125e
来了解一下计算机音频
或者有一定基础的可以看下这篇博客
以及可以使用AI工具辅助讲解和理解。
在了解了计算机是如何对声音进行处理/编程之后，由于我们所需实现的功能以录音为基础，加上获取麦克风录音、控制麦克风（这些都是建立在录音功能上）。我们来实现录音功能。 我们该如何处理我们要用到的声音呢？ 众所周知音乐文件有很多种格式：mp3/WAV …… ，这里我们就用WAV格式来处理我们的声音。
（原因：1.WAV格式不复杂 2.目前我找到的资料中都是以WAV的编程为主（咳咳）） WAV格式介绍
简单了解WAV格式之后，
我们先来学习几篇博客：
C++ 采集音频流(PCM裸流)实现录音功能(双缓存版本) 寒潭雁影的博客-CSDN博客
C++ 调节PCM音频音量大小 寒潭雁影的博客-CSDN博客
C++ pcm音频裸流的压缩和解码__寒潭雁影的博客-CSDN博客
根据对于WAV的基本了解，我们先来思考一下，如何实现录音这个功能呢？
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类比一下身边记录声音的物品——磁带（虽然现在算比较少见了），在一段磁带的磁性物质上“刻下“特殊的印记，让磁带机能读取出来。
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有过一定基础的同学应该可以很快想出：
- 创建一个空的音频，然后将采集到的声音以前文提到的WAV格式录入
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由此我们可以给出（代码参考ThunderClassDemo由老师发布）（Windows API参考waveHDR 结构 (mmeapi.h))
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//关于构造函数和析构函数可查阅或问AI（这就是前文提到运用AI工具的场合）
/************************************************************************* 【文件名】audioframe.h 【功能模块和目的】音频类声明 【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5 【版权信息】以下代码来源于对CSDN为博主"_寒潭雁影"2篇原创文章源码的修改和封装，、 开发者范静涛([email protected])声明放弃对修改部分的任何版权诉求，任何使用者可做出任何修改、用于任何目的 原文遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明 https://blog.csdn.net/oHanTanYanYing/article/details/31155985 https://blog.csdn.net/oHanTanYanYing/article/details/29943973 CC BY-SA 4.0 是一种许可协议，赋予遵守者两项重要权利： 一、共享的权利。允许通过任何媒介和任何形式复制、发行作品。 二、改编的权利。允许二次加工、转换和基于作品进行创作，不限制用途，甚至是商业应用。 【更改记录】 2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改和类结构优化 2020-05-15 由范静涛增加注释 *************************************************************************/ #ifndef AUDIOFRAME_H #define AUDIOFRAME_H #include <Windows.h> //如果使用vs，请取消 下一行的注释 //#pragma comment(lib, "winmm.lib") //用于友元的前置类声明 class Audio; /************************************************************************* 【类名】AudioFrame 【功能】音频帧类，用于构造、存储一段音频 【接口说明】 构造函数AudioFrame()构造一个空的音频帧，可容纳数据10k字节 构造函数AudioFrame(const BYTE* pInBuffer, unsigned int Length)构造特定音频数据的音频帧 析构~AudioFrame(); 拷贝构造函数AudioFrame(const AudioFrame& Frame); 赋值运算符AudioFrame& operator= (const AudioFrame& Frame); 静态常量BUF_SZIE，数据区大小，固定为10k字节 静态常量结构体FORMAT，采集/播放音频的格式 数据区指针pBuffer的常引用 音频头的常引用Header 【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5 【更改记录】 2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改 2020-05-15 由范静涛增加注释 *************************************************************************/ class AudioFrame { public: //构造一个空的音频帧，可容纳数据10k字节 AudioFrame(); //构造特定音频数据的音频帧 AudioFrame(const BYTE* pInBuffer, unsigned int Length); //析构函数 ~AudioFrame(); //拷贝构造函数 AudioFrame(const AudioFrame& Frame); //赋值运算符 AudioFrame& operator= (const AudioFrame& Frame); //静态常量BUF_SZIE，数据区大小，固定为10k字节 static const unsigned int BUF_SZIE; //静态常量结构体FORMAT，采集/播放音频的格式 static const WAVEFORMATEX FORMAT; //数据区指针pBuffer的常引用 BYTE* const& pBuffer; //音频头的常引用Header const WAVEHDR& Header; private: //友元 friend class Audio; //采集/播放音频的格式，结构体 WAVEHDR m_Header; //音频数据区指针 BYTE* m_pBuffer; }; #endif // AUDIOFRAME_H
以及对于audioframe的操作cpp文件：
/*************************************************************************
【文件名】audioframe.h
【功能模块和目的】音频类声明
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【版权信息】以下代码来源于对CSDN为博主"_寒潭雁影"2篇原创文章源码的修改和封装，、
开发者范静涛([email protected])声明放弃对修改部分的任何版权诉求，任何使用者可做出任何修改、用于任何目的
原文遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明
https://blog.csdn.net/oHanTanYanYing/article/details/31155985
https://blog.csdn.net/oHanTanYanYing/article/details/29943973
CC BY-SA 4.0 是一种许可协议，赋予遵守者两项重要权利：
一、共享的权利。允许通过任何媒介和任何形式复制、发行作品。
二、改编的权利。允许二次加工、转换和基于作品进行创作，不限制用途，甚至是商业应用。
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改和类结构优化
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
#include "audioframe.h"
//类静态成员初始化，表示数据区默认大小10k字节
const unsigned int AudioFrame::BUF_SZIE = 1024 * 10;
//类静态成员初始化，表示录音和播放的音频格式
//请注意，这种结构体作为静态成员的初始化形式比较少见，初始化要加.成员名
const WAVEFORMATEX AudioFrame::FORMAT = {
.wFormatTag = WAVE_FORMAT_PCM, //FORMAT.wFormatTag, 声音格式为PCM
.nChannels = 1, //FORMAT.nChannels, 采样声道数，1声道
.nSamplesPerSec = 8000, //FORMAT.nSamplesPerSec, 采样率，8000次/秒
.nAvgBytesPerSec = 8000, //FORMAT.nAvgBytesPerSec, 每秒的数据率，就是每秒能采集多少字节的数据
.nBlockAlign = 1, //FORMAT.nBlockAlign, 一个块的对齐字节数，采样bit的字节数乘以声道数
.wBitsPerSample = 8, //FORMAT.wBitsPerSample, 采样比特，16bits/次
.cbSize = 0 //FORMAT.cbSize, 一般为0
};
/*************************************************************************
【函数名称】AudioFrame::AudioFrame
【函数功能】构造函数，创建一个头、一个BUF_SIZE大小的数据区，两者关联
【参数】无
【返回值】构造函数不可有返回值
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
AudioFrame::AudioFrame() : pBuffer(m_pBuffer), Header(m_Header) {
m_pBuffer = new BYTE[BUF_SZIE];
m_Header.lpData = (LPSTR)m_pBuffer;
m_Header.dwBufferLength = BUF_SZIE;
m_Header.dwBytesRecorded = 0L;
m_Header.dwUser = 0L;
m_Header.dwFlags = 0L;
m_Header.dwLoops = 1L;
}
/*************************************************************************
【函数名称】AudioFrame::AudioFrame（const BYTE* pInBuffer, unsigned int Length）
【函数功能】构造函数，创建一个头、一个Legnth大小的数据区，两者关联，数据区里的数据被填充为pInBuffer所知空间里的数据
【参数】pInBuffer：输入参数，指向音频数据；Length：输入参数，表示音频数据长度
【返回值】构造函数不可有返回值
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
AudioFrame::AudioFrame(const BYTE* pInBuffer, unsigned int Length) : pBuffer(m_pBuffer), Header(m_Header) {
m_pBuffer = new BYTE[Length];
memcpy(m_pBuffer, pInBuffer, Length);
m_Header.lpData = (LPSTR)m_pBuffer;
m_Header.dwBufferLength = Length;
m_Header.dwBytesRecorded = Length;
m_Header.dwUser = 0L;
m_Header.dwFlags = 0L;
m_Header.dwLoops = 1L;
}
/*************************************************************************
【函数名称】AudioFrame::AudioFrame（const AudioFrame& Frame）
【函数功能】拷贝构造函数，深拷贝
【参数】Frame，输入参数，表示源对象
【返回值】构造函数不可有返回值
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
AudioFrame::AudioFrame(const AudioFrame& Frame) :pBuffer(m_pBuffer), Header(m_Header) {
m_Header = Frame.m_Header;
m_pBuffer = new BYTE[m_Header.dwBufferLength];
memcpy(m_pBuffer, Frame.m_pBuffer, m_Header.dwBufferLength);
m_Header.lpData = (LPSTR)m_pBuffer;
}
/*************************************************************************
【函数名称】AudioFrame::operator=
【函数功能】赋值运算符函数，深拷贝
【参数】Frame，输入参数，表示源对象
【返回值】被赋值对象的引用
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
AudioFrame& AudioFrame::operator= (const AudioFrame& Frame) {
if (this != &Frame) {
delete[] m_pBuffer;
m_Header = Frame.m_Header;
m_pBuffer = new BYTE[m_Header.dwBufferLength];
memcpy(m_pBuffer, Frame.m_pBuffer, m_Header.dwBufferLength);
m_Header.lpData = (LPSTR)m_pBuffer;
}
return *this;
}
/*************************************************************************
【函数名称】AudioFrame::~AudioFrame
【函数功能】析构函数
【参数】无
【返回值】析构函数不可有返回值
【开发者及日期】范静涛([email protected]) 2020-5-5
【更改记录】
2020-05-07 由范静涛做了命名规范化修改
2020-05-15 由范静涛增加注释
*************************************************************************/
AudioFrame::~AudioFrame() {
delete[] m_pBuffer;
}
我们通过这四个文件，初步地把语音模块的三个功能实现了。
如同钉钉等应用一样，我们需要为我们的雷课堂实现一个界面（可能不止一个界面：比如针对管理员--教师设置与学生不同的界面）。
这里，我使用的是Qt Creater和Qt Designer在来现界面。
首先我们要明确需要做哪些界面：
- 登录界面（1）
- 登录之后又分为教师段和学生段（2）
- 功能端：注意力界面、提问界面、管理员界面【用于更改账户，修改密码等】（3）
登录界面
推荐教程：登录界面教程 讲解的十分详细，评论区有源码。
我按照此教程所做的最终效果图如下：
学生答题界面
效果图如下：
10/25 更新了后续几个UI 方法大概与上面的制作方式类似，不再赘述。 后面可能还会稍微微调。
后面正式开始存储模块的coding
模块整合和类结构设计
在设计完UI以及简单的完成了语音模块之后，我们需要停一下，还记得前面提到的类与功能的关系吗，我们现在设计了一些类来实现语音功能，但是雷课堂还需要其他的功能等着实现，以及我们的语音模块还需要一些基础类与变量来支撑实现，以及我们还得考虑QT消息机制和事件。
这时候就要考虑类结构设计了，也可以说是这个程序在程序上的结构。
一些不错的项目通常都会有一个类设计UML图（本项目后期可能会加上）
（这里讲的有些牵强和生硬） 简单分析可以知道，我们在用户管理上是根据Admin类、Teacher类和Student类共同组成了User类的（其他部分后续补充）。于是我们先从基本类开始构造。 同时，一般都是先做好一个框架，再在上面一点点加功能，本项目也将会这么做。
（一些函数由于我水平有限以及当时的学生有老师讲解（老师写的真的很好，这里建议好好看看源码以及了解下句柄等有关知识）（我看很多别人提交的作业这里面的实现也是抄老师的源码，那我也抄一些吧/脸红））
以及关于基于windows socket的多线程TCP服务器，这里的讲解可能要等到后期再来补了，推荐看这个 基于windows socket的多线程TCP服务器