Qt信号槽与事件循环学习笔记

事件与事件循环
信号槽机制

事件与事件循环

在Qt中，事件（event）被封装为QEvent类/子类对象，用来表示应用内部或外部发生的各种事情。事件可以被任何QObject子类的对象接收并处理。

根据事件的创建方式和调度方式，Qt中事件可分为三类，分别是：

自发事件（Spontaneous event）由窗口系统（window system）创建，随后加入事件队列，等待主事件循环处理（首先转换为QEvents实例，再分发给对应的QObjects实例）。
推送事件（Posted event）由Qt程序创建，并加入Qt的事件队列，等待事件循环分发。
发送事件（Sent event）由Qt程序创建，直接传递给目标对象。

Qt中的事件循环（event loop）是通过一个队列来循环处理事件的机制。当队列中有事件时，事件循环会处理事件；如果队列中没有事件，则事件循环会阻塞等待。

在Qt程序中，每个线程都可以有自己的事件循环（每个线程只能拥有一个活动的事件循环，并对应一个事件队列），事件循环在调用.exec()时进行启动。主线程/GUI线程对应的事件循环，被称为主事件循环（main event loop）。一般来说，在main()函数的末尾会调用QApplication::exec()函数，从而启动并进入Qt的主事件循环（更准确地说，Qt的主事件循环在主线程中调用QCoreApplication::exec()时启动），直到exit()函数被调用。

从概念上来说，事件循环可以理解为一些while循环：

while (!exit_was_called) {

        while (!posted_event_queue_is_empty) {

            process_next_posted_event();

        }

        while (!spontaneous_event_queue_is_empty) {

            process_next_spontaneous_event();

        }

        while (!posted_event_queue_is_empty) {

            process_next_posted_event();

        }

    }

首先，事件循环处理Posted事件，直到队列为空。然后，处理Spontaneous事件（首先转换为QEvents对象，然后发送给QObjects实例）。最后，处理在Spontaneous事件处理过程中生成的Posted事件。事件循环不会对Sent事件进行处理，Sent事件会直接传递给目标对象。

事件循环首先会将事件传递给对象树顶部的QObject实例，然后从根节点开始逐级向下传递事件，直到找到能够处理该事件的接收者对象。这个过程被称为事件传递（Event Propagation）。事件的处理通过调用QObject实例的event()函数来完成的。

在使用事件循环机制时，exec()用于开启事件循环，exit()或quit()用于退出事件循环，值得注意的是，的quit()或exit()函数并不会立即退出事件循环，而是等待控制权返回事件循环后，才会真正退出事件循环，并返回exec()调用处，这里有点费解，之后会通过一个例子说明。

更多关于Qt中事件系统的细节，除了参考Qt源码和官方文档The Event System、QEvent Class，还推荐其他两篇文章Another Look at Events、Qt源码阅读-事件循环

这里出现一个问题：次线程中创建的事件循环是否会处理Spontaneous事件？以下是GPT的回答，正确性未验证仅供参考，欢迎各位大佬指点。

GPT：在其他线程中创建的事件循环通常不会处理自发事件，除非明确地要求。如果需要在其他线程中处理自发事件，您需要自行创建和管理事件循环，并显式地设置相应的机制来触发事件的处理。也就是说，如果直接调用QThread::exec()函数开启事件循环，是不会处理Spontaneous事件的。

信号槽机制

信号槽（signal-slot）和事件处理是两种不同的机制，都可以用于实现程序中不同对象之间的同步或异步通信。它们可以在Qt应用程序中一起使用，但它们在实现方式和应用范围上有一些区别。

信号槽机制：

信号槽机制是Qt框架的独有特性，用于实现对象之间的松散耦合通信。
发送信号并不需要一个特定的接收对象，信号可以被多个槽函数接收，类似于“广播”。
信号槽机制允许对象在特定事件或状态变化时发射信号，通知其他对象执行相关操作。

事件和事件处理：

事件和事件处理是一种通用的事件驱动编程范式，广泛应用于多种编程环境和框架，不仅限于Qt。
事件发送和处理需要明确指定一个接收者对象，每个事件必须有一个确定的接收者，类似于“单播”。
事件处理通常是通过重写对象的事件处理函数来实现，响应不同类型的事件，如用户输入事件、系统事件等。

Qt中信号槽的使用非常简单，使用connect将两个对象（必须是QObject的子类）的信号和槽连接起来即可。值得注意的是，connect函数的第5个参数为枚举类型Qt::ConnectionType，用于指定连接类型。以下是枚举类型Qt::ConnectionType的值：

Qt::AutoConnection（默认值）：Qt会根据信号和槽的所在线程来自动选择连接类型。如果信号和槽在同一线程，将采用 Qt::DirectConnection，否则采用 Qt::QueuedConnection。
Qt::DirectConnection：信号被发射时，槽会直接在信号发射的线程上调用，不涉及事件队列。这通常在同一线程内的连接中使用，且是同步的。
Qt::QueuedConnection：信号被发射时，槽会被放入接收者对象的事件队列中，等待事件循环处理。这用于在不同线程之间建立连接，因此是异步的。这里说明，信号槽机制的队列连接实现依赖事件循环机制。
Qt::BlockingQueuedConnection：类似于 Qt::QueuedConnection，但不返回到信号发射者，阻塞直到槽函数完成执行。
Qt::UniqueConnection：如果已经存在一个具有相同参数的连接，将不会建立新连接，而是返回一个无效的连接。

通常，直接使用默认值Qt::AutoConnection，即可满足大多数情况的需求，因为它会根据上下文自动选择合适的连接类型。特殊情况下，也可以手动指定连接类型，比如，指定同一个线程中的两个对象间为队列连接，或指定不同两个线程中的两个对象为直接连接。

下面用一个例子，详细解释以上所有特性。

#include <QDebug>

#include <QCoreApplication>

#include <QTimer>

#include <QThread>

class Foo : public QObject {

Q_OBJECT

public:

    Foo(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) {}

private:

    void doStuff() {

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Emit signal one";

        emit signal1();

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Emit signal finished";

        emit finished();

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Emit signal two";

        emit signal2();

    }

signals:

    void signal1();

    void finished();

    void signal2();

public slots:

    void slot1() {

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Execute slot one";

    }

    void slot2() {

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Execute slot two";

    }

    void start() {

        doStuff();

        qDebug() << QThread::currentThreadId() << ": Bye!";

    }

};

#include "main.moc"

int main(int argc, char **argv) {

    qDebug() << "main thread id:" << QThread::currentThreadId();

    QCoreApplication app(argc, argv);

    Foo foo;

    Foo foo2;

    QThread *foo2thread = new QThread(&app);

    foo2.moveToThread(foo2thread);

    foo2thread->start();

    QObject::connect(&foo, &Foo::signal1, &foo, &Foo::slot1);

    QObject::connect(&foo, &Foo::signal1, &foo2, &Foo::slot1);

    QObject::connect(&foo, &Foo::finished, &app, &QCoreApplication::quit);

    QObject::connect(&foo, &Foo::finished, foo2thread, &QThread::quit);

    QObject::connect(&foo, &Foo::signal2, &foo, &Foo::slot2); // Qt::DirectConnection

    QObject::connect(&foo, &Foo::signal2, &foo2, &Foo::slot2); // Qt::QueuedConnection

    QTimer::singleShot(0, &foo, &Foo::start);

    return app.exec();

}

以下是运行结果：

main thread id: 0x165c

0x165c : Emit signal one

0x165c : Execute slot one

0x165c : Emit signal finished

0x5578 : Execute slot one

0x165c : Emit signal two

0x165c : Execute slot two

0x165c : Bye!

在这段代码中，

第1步：创建了两个Foo的实例foo和foo2，并将foo2移动到另一个线程foo2thread中。

第2步：将foo的两个信号分别连接到foo2两个槽函数。此外，还将foo的finished()信号，连接到app和foo2thread的quit函数上，以便在发出finished信号时，通知主事件循环和foo2thread线程的事件循环退出。

第3步：将单次定时器连接到foo的start() 函数，准备进入主事件循环。

第4步：启动并进入主事件循环。

当exec()函数被调用时，事件循环开始。发生的第一个事件是计时器在0毫秒后发出超时信号。信号timeout()连接到foo对象的start()槽函数。在轮询任何其他事件之前，start()槽函数将被执行完成。这导致了该doStuff()方法发出signal1(). 连接到该信号的槽slot1()将立即被执行。一旦控制返回到doStuff()，它就会发出第二个信号finished()。该信号连接到应用程序app和foo2thread线程的quit函数上，这是否意味着应用程序将立即退出？

答案是否定的。如前所述，QCoreApplication::quit()槽实际上调用QCoreApplication::exit(0)，而分析后者的源码可以发现，其只是将事件循环的退出标志设为true。在控制权返回到主事件循环之前，实际的退出不会发生。

因此，在发出信号finished()之后，程序会继续执行doStuff()，发出信号signal2()，这里注意，由于foo的signal2和slot2之间是直接连接，因此在发射signal2的同时，foo的slot2便阻塞执行了，而signal2和foo2的slot2之间是队列连接，线程foo2thread的控制权已经回到了事件循环处，并已经退出事件循环。因此，foo2的slot2不会执行。

随后，返回start()。在start()退出之前，打印“Bye!”。

最后，回到主事件循环。

由于这时主事件循环退出标志设置为true，便会返回主函数中exec的调用处，随之程序结束。

如果手动指定QObject::connect(&foo, &Foo::signal2, &foo, &Foo::slot2)的连接类型为Qt::QueuedConnection，最后得到的结果会有所不同，感兴趣的读者可以自己试一试。