軍工物聯網技術：C++模擬實現Qt的信號與槽機制
對于大多學習Qt的朋友，心中都有種好奇——那就是Qt最核心的信號與槽是如何實現的，對于小編自己也是一樣，當然大家肯定都會去查閱相關資料，但大部分時候也只是一知半解，如果說要自己實現就會又摸不著頭腦了;所以小編決定自己親自用C++實現一個簡單版的信號槽，來理解Qt的實現原理。于是小編就在翻閱各牛人朋友的博客和反復研究Qt源碼自己重新寫了一下以便交流學習。
我們先還是簡單的梳理一下Qt信號與槽的實現機理：在Qt中實現信號與槽最重要的就是通過元對象系統(MOS)的元對象編譯器(MOC)將我們定義的需要使用到信號與槽的類中的信號及信號調用槽函數的方法進行定義(這一步就會生成與源文件對應的moc_xx.cpp文件)，然后通過系統提供的關聯方法(connect)將信號與槽建立一一對應關系，當發射信號(其實就是調用信號函數)時就會通過信號與槽的對應關系找到對應槽函數進行調用。這樣的好處就是對于使用者而言不必去關心函數指針回調函數這些對于初學者比較不太容易搞清晰的東西，簡化了使用者的操作。當然就像我們在享受幸福生活的時候，就一定有人在我們背后默默付出砥礪前行!這里也一樣，對于我們使用者簡化了操作，那為了實現這樣的效果就需要在后臺提供更多的支持。接下來我們就通過代碼再來梳理一遍。
首先我們使用信號與槽肯定就會有信號的發送者與接收者，所以我們就先去定義這兩個類對象：
- sender.h
- #pragma once
- #include "object.h"
- class Sender : public Object
- {
- X_OBJECT
- public:
- Sender(int n = 0) : m_num(n){
- }
- void sendSig();
- signals:
- void holdClass(int n);
- int m_num;
- };
- sender.cpp
- #include "sender.h"
- void Sender::sendSig()
- {
- std::cout << "發送信號：holdClass" << std::endl;
- emit holdClass(m_num);
- }
在Qt中需要使用信號槽的對象都需要直接或間接繼承一個類QObject，并且需要添加一個私有宏定義Q_OBJECT，這里就用Object和X_OBJECT代替，signals是Qt中用于聲明信號函數的關鍵字，emit是Qt中用于發送信號定義的關鍵字，這里我們先假設已經有這些類和宏定義，注意信號函數是不需要我們定義的，他是在MOC預處理生成的moc_xx.cpp中自動生成定義的，所以這里的cpp很簡單只有一個普通函數sendSig()的定義。同理我們再自己定義一個信號的接收者對象和其對應的槽函數。
- receiver.h
- #pragma once
- #include "object.h"
- class Receiver : public Object
- {
- X_OBJECT
- public:
- Receiver() {
- }
- public slots:
- void attendClass(int n);
- };
- receiver.cpp
- #include "receiver.h"
- void Receiver::attendClass(int n)
- {
- std::cout << "執行槽函數attendClass：cur class " << n << std::endl;
- }
這里的slots就是Qt中用于標識槽函數聲明的關鍵字，槽函數是需要用戶自己定義的。
然后我們就需要再將發送者信號與接收者槽關聯起來，我們這就提供一個主函數來模擬關聯信號與槽，讓發送者產生信號：
- main.cpp
- #include "sender.h"
- #include "receiver.h"
- int main()
- {
- Sender xuedao(9527);
- Receiver rjc;
- Object::connect(&xuedao, SIGNAL(holdClass(int)), &rjc, SLOT(attendClass(int)));
- xuedao.sendSig();
- return 0;
- }
這里的SIGNAL與SLOT在Qt中就是兩個轉換字符串的宏定義，connect是QObject的一個靜態函數方法。
我們要想這個程序能正常運行起來，接下來我們就需要去定義一個類似QObject的Object類和上面需要用到的關鍵字與宏定義，以及模擬MOC預處理產生對應的moc_xx.cpp，里面細節的地方為了方便理解我都通過代碼注釋解釋說明了
- object.h
- #pragma once
- #include
- #include
- #include
- #include
- #define signals protected
- #define slots
- #define emit
- #define SLOT(slt) "1"#slt // 1用于標識槽函數
- #define SIGNAL(sig) "2"#sig //2用于標識信號
- class Object;
- struct MetaObject
- {
- //每個對象可能會有多個信號與槽函數，這里就用兩個vector分別保存信號與槽函數信息操作起來方便點
- std::vector sigs;
- std::vector slts;
- //activate的功能是通過信號發送者即信號索引找到關聯接收者和方法索引并調用對應方法
- static void activate(Object *sender, int idx, void **argv); //void **argv對應信號傳遞的參數
- struct Connection //用于打包信號接收者與方法的索引(對應上面定義的vector中的信號槽的索引)
- {
- Object *m_receiver;
- int method;
- };
- };
- //Q_OBJECT宏中定義的比較多這里只選擇了我們需使用的幾個
- //static MetaObject meta用于保存使用該宏定義對象中的信號與槽信號與槽的相關信息
- //getMetaObject()用于返回發送者或接收者對象中的static MetaObject meta對象
- #define X_OBJECT static MetaObject meta; \
- virtual MetaObject *getMetaObject(); \
- virtual void metaCall(int idx, void **argv); //idx為對應槽函數的索引，void**argv用于接收信號傳遞的參數
- class Object //需要使用信號槽對象的公共接口對象
- {
- X_OBJECT
- public:
- virtual ~Object() {}
- //connect用于建立信號與槽的關聯信息
- static void connect(Object *sender, const char *s1, Object *receiver, const char *s2);
- private:
- friend class MetaObject; //用于方便meta對象訪問下面的信號槽map
- std::multimap mp; //用于保存信號索引與接收者對象即索引的對應關系
- //由于一個信號可以對應多個槽，同樣多個信號也可以對應一個槽，所以這里選用了multimap容器做對應關系映射
- };
- object.cpp
- #include "object.h"
- #include //調用strcmp函數需要包含
- void MetaObject::activate(Object *sender, int idx, void **argv)
- {
- //在信號槽對應關系的mp中找到發送者idx索引信號對應的接收者及關聯方法的調用
- auto ptr = sender->mp.equal_range(idx);
- for(auto it = ptr.first; it != ptr.second; it++) {
- MetaObject::Connection con = it->second;
- con.m_receiver->metaCall(con.method, argv); //調用接收者與發送者信號關聯的方法，并傳遞需要的參數
- }
- }
- void Object::connect(Object *sender, const char *s1, Object *receiver, const char *s2)
- {
- int sig_idx = -1, slt_idx = -1;
- MetaObject *senderMeta = sender->getMetaObject(); //獲取發送者中保存的meta對象
- MetaObject *receiverMeta = receiver->getMetaObject(); //獲取接收中保存的meta對象
- //比對信號名稱找到對應的信號索引
- for(int i = 0; i < senderMeta->sigs.size(); i++) {
- if(0 == strcmp(s1+1, senderMeta->sigs[i].c_str())) {
- sig_idx = i;
- }
- }
- //這里確認是槽函數,并找到對應的槽函數索引
- //如果有信號與信號關聯的情況這里就需要去查找接收者對應的信號索引，這里省略了
- if('1' == *s2) {
- for(int i = 0; i < receiverMeta->slts.size(); i++) {
- if(0 == strcmp(s2+1, receiverMeta->slts[i].c_str())) {
- slt_idx = i;
- }
- }
- }
- if(-1 == sig_idx || -1 == slt_idx) {
- std::cout << "no match sig or slt" << std::endl;
- }
- //利用multimap建立信號索引與接收者和方法索引的對應關系
- MetaObject::Connection con = {receiver, slt_idx};
- sender->mp.insert(std::make_pair(sig_idx, con));
- }
- //下面的主要是預留的方便父類調用子類重寫方法的接口這里簡單定義即可
- void Object::metaCall(int idx, void **ag)
- {
- }
- MetaObject Object::meta;
- MetaObject *Object::getMetaObject()
- {
- return &meta;
- }
下面就輪到MOC生成的moc_xx.cpp，這些文件在Qt中是自動生成的不需要我們實現，我這里只能手動模擬簡單的實現發送者的moc_sender.cpp與接收者的moc_receiver.cpp最終我們編譯程序是需要將這兩個文件一起編譯才能通過的。
- moc_sender.cpp
- #include "sender.h"
- //根據定義的信號槽順序將信號與槽函數名稱進行保存，Qt中會將函數名稱參數分開保存處理，這里簡單模擬以下就好
- static const char *sigs_name[] = {"holdClass(int)"};
- static const char *slts_name[] = {nullptr}; //空表示當前沒有定義對應的函數
- static std::vector sigs(sigs_name, sigs_name+1);
- static std::vector slts;
- MetaObject Sender::meta = {sigs, slts};
- //Sender的信號定義
- void Sender::holdClass(int n)
- {
- void *arg[] = {(void *)&n};
- //調用MetaObject的靜態方法activate傳遞當前的信號發送者對象、信號索引及參數
- MetaObject::activate(this, 0, arg); //0表示當前信號函數在sigs_name[]中的索引
- }
- MetaObject *Sender::getMetaObject()
- {
- return &meta; //返回Sender的meta對象
- }
- void Sender::metaCall(int idx, void **arg)
- {
- // 我們這里Sender 中沒有槽函數所以這里沒任何操作
- }
- moc_receiver.cpp
- #include "receiver.h"
- static const char *sigs_name[] = {nullptr};
- static const char *slts_name[] = {"attendClass(int)"};
- static std::vector sigs;
- static std::vector slts(slts_name, slts_name+1);
- MetaObject Receiver::meta = {sigs, slts};
- MetaObject *Receiver::getMetaObject()
- {
- return &meta; //返回Receiver的meta對象
- }
- void Receiver::metaCall(int idx, void **arg)
- {
- //這里根據slts_name[]中的索引值調用對應的槽函數
- if(0 == idx) {
- int n = *((int *)arg[0]);
- attendClass(n);
- }
- }
有了上面這些文件最后我們只需要將所有的.cpp文件一起編譯運行就可以實現Qt中信號與槽的效果了:
- g++ object.cpp sender.cpp receiver.cpp moc_sender.cpp moc_receiver.cpp main.cpp -o xuedao
也可用其他可使用的編譯器編譯進行編譯，這里直接用的g++。
另外如果某個對象修改或增刪了信號或槽就需要去手動修改對應的moc_xx.cpp文件即可，Qt中實現考慮的實際問題會更多，這里只是把整個信號槽關聯及調用流程框架進行了梳理，具體的大家可以參考Qt源碼做深入學習。
