为更好地保证教学质量和提高学生的学习积极性，我使用Python开发了一套课堂教学管理系统，具有在线点名、在线答疑、随机提问、在线作业管理、在线自测、在线考试、数据汇总、试卷生成、屏幕广播等功能，教师端运行界面如下图所示：
学生端运行界面如下图所示：
该系统投入使用已有4个学期，效果非常好，不仅可以满足上课的各种需要，还可以作为“Python程序设计”课程的一个完整教学案例讲给学生，适用教材包括《Python程序设计基础》（董付国编著，清华大学出版社）、《Python程序设计（第2版）》（董付国编著，清华大学出版社）、《Python可以这样学》（董付国著，清华大学出版社）。本文重点介绍屏幕广播功能的技术要点，本系统界面使用tkinter编写，使用扩展库pillow实现屏幕截图，使用socket实现屏幕截图的传送，使用多线程技术实现多客户端的数据传输，文中略去了有关标准库和扩展库的导入代码。
1、学生端启动之后，监听UDP端口1000，等待教师端发送屏幕广播指令，代码如下：
def udpListen():
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 监听本机10000端口
sock.bind(('',10000))
while True:
data, addr = sock.recvfrom(100)
# 收到服务器发来的广播指令
if data == b'startBroadCast':
threading.Thread(target=receiveBroadCast).start()
sock.close()
threading.Thread(target=udpListen).start()
2、教师端通过界面上的按钮“开始屏幕广播”给局域网内所有学生端发送指令，同时监听TCP端口10001，等待学生端的连接，然后给每一个学生端连接发送本机屏幕截图，每0.5秒刷新一次。代码如下：
broadcasting = False
def broadcast(conn):
global broadcasting
while broadcasting:
time.sleep(0.8)
image = ImageGrab.grab()
size = image.size
imageBytes = image.tobytes()
length = len(imageBytes)
# 通知将要开始发送截图
conn.send(b'*****')
fhead = struct.pack('I32sI',
length,
str(size).encode(),
len(str(size).encode()))
conn.send(fhead)
conn.send(imageBytes)
else:
conn.send(b'#####')
conn.close()
def broadcastMain():
'''广播屏幕截图的主线程函数'''
global sockBroadCast
sockBroadCast = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sockBroadCast.bind(('', 10001))
sockBroadCast.listen(150)
while broadcasting:
try:
conn, addr = sockBroadCast.accept()
except:
return
threading.Thread(target=broadcast, args=(conn,)).start()
else:
sockBroadCast.close()
def onbuttonStartBroadCastClick():
global broadcasting
broadcasting = True
# 启动服务器广播线程
threading.Thread(target=broadcastMain).start()
# 通知客户端开始接收广播
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
IP = socket.gethostbyname(socket.gethostname())
IP = IP[:IP.rindex('.')]+'.255'
sock.sendto(b'startBroadCast', (IP, 10000))
buttonStopBroadCast['state'] = 'normal'
buttonStartBroadCast['state'] = 'disabled'
buttonStartBroadCast = tkinter.Button(root, text='开始屏幕广播', command=onbuttonStartBroadCastClick)
buttonStartBroadCast.place(x=20, y=380, width=100, height=30)
def onbuttonStopBroadCastClick():
global broadcasting
broadcasting = False
sockBroadCast.close()
buttonStopBroadCast['state'] = 'disabled'
buttonStartBroadCast['state'] = 'normal'
buttonStopBroadCast = tkinter.Button(root, text='结束屏幕广播', command=onbuttonStopBroadCastClick)
buttonStopBroadCast['state'] = 'disabled'
buttonStopBroadCast.place(x=130, y=380, width=100, height=30)
3、学生端收到教师端通过UDP广播发送的屏幕广播指令之后，创建TCP Socket，连接教师端，并接收教师端发来的屏幕截图，然后使用创建顶端显示的tkinter界面用来显示屏幕截图。主要功能代码如下：
# 使用TCP接收广播
def receiveBroadCast():
# 获取屏幕尺寸，创建顶端显示的无标题栏窗体
screenWidth = 640
screenHeight = 480
top = tkinter.Toplevel(root,
width=screenWidth,
height=screenHeight)
top.overrideredirect(True)
# 顶端显示
top.attributes('-topmost', 1)
# 创建画布，用来显示图像
canvas = tkinter.Canvas(top,
bg='white',
width=screenWidth,
height=screenHeight)
canvas.pack(fill=tkinter.BOTH, expand=tkinter.YES)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
serverIP = entryServerIP.get()
# 连接服务器10001端口，失败直接返回
try:
sock.connect((serverIP, 10001))
except:
print('error')
top.destroy()
return
# 接收服务器指令
# *****表示开始传输一个新的截图
# #####表示本次广播结束
while True:
data = sock.recv(5)
if data == b'*****':
# 接收服务器发来的一屏图像
# 图像大小，字节总数量
len_head = struct.calcsize('I32sI')
data = sock.recv(len_head)
length, size, sizeLength = struct.unpack('I32sI', data)
length = int(length)
size = eval(size[:int(sizeLength)])
rest = length
image = []
while True:
if rest == 0:
break
elif rest > 40960:
temp = sock.recv(40960)
rest -= len(temp)
image.append(temp)
else:
temp = sock.recv(rest)
rest -= len(temp)
image.append(temp)
image = b''.join(image)
# 更新显示
image = Image.frombytes('RGB', size, image)
image = image.resize((screenWidth, screenHeight))
image = ImageTk.PhotoImage(image)
try:
canvas.delete(imageId)
except:
pass
imageId = canvas.create_image(screenWidth//2, screenHeight//2, image=image)
elif data == b'#####':
# 广播结束
break
# 本次广播结束，关闭窗口
sock.close()
top.destroy()
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