Qt开发-窥探信号槽的实现细节 环球观天下
简介
这次讨论Qt信号-槽的实现细节。
(资料图)
上次的文章《认清信号槽的本质》中介绍过，信号-槽是一种对象之间的通信机制，是
Qt在标准C++之外，使用元对象编译器(MOC)实现的语法糖。
这次通过一个简单的案例，学习一些信号-槽的实现细节。
猫和老鼠的故事
还是拿上次的设定来说明：Tom有个技能叫”喵”，就是发出猫叫，而正在偷吃东西的Jerry,听见猫叫声就会逃跑。
我们用信号-槽的方式写出来。
//Tom.h#pragma once#include #include class Tom : public QObject{ Q_OBJECTpublic: Tom(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) { } void miaow() { qDebug() << u8\"喵!\" ; emit miao(); }signals: void miao();}; //Jerry.h#pragma once#include #include class Jerry : public QObject{ Q_OBJECTpublic: Jerry(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) { }public slots: void runAway() { qDebug() << u8\"那只猫又来了，快溜！\" ; }}; 以上面的代码为例，要使用信号-槽功能，先决条件是继承QObject类，并在类声明中增加Q_OBJECT宏。
之后在”signals:” 字段之后声明一些函数，这些函数就是信号。
在”public slots:” 之后声明的函数，就是槽函数。
接下来看看我们的main函数:
//main.cpp#include #include \"Tom.h\"#include \"Jerry.h\"int main(int argc, char *argv[]){ QCoreApplication a(argc, argv); Tom tom; Jerry jerry; QObject::connect(&tom, &Tom::miao, &jerry, &Jerry::runAway); tom.miaow(); return a.exec();} 信号-槽都准备好了，接下来创建两个对象实例，并使用QObject::connect将信号和槽连接起来。
最后使用emit发送信号，就会自动触发槽函数了。
运行结果：
声明与实现
信号和槽的本质都是函数。
我们知道C++中的函数要有声明(declare)，也要有实现(implement),
而信号只要声明，不需要写实现。这是因为moc会为我们自动生成。
另外触发信号时，不写emit关键字，直接调用信号函数，也是没有问题的。
Q_OBJECT宏
我们来看一下Q_OBJECT宏，展开如下：
(不同的Qt版本有些差异，涛哥这里用的是5.12.4，以此为例)
public: \ QT_WARNING_PUSH \ Q_OBJECT_NO_OVERRIDE_WARNING \ static const QMetaObject staticMetaObject; \ virtual const QMetaObject *metaObject() const; \ virtual void *qt_metacast(const char *); \ virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); \ QT_TR_FUNCTIONS \private: \ Q_OBJECT_NO_ATTRIBUTES_WARNING \ Q_DECL_HIDDEN_STATIC_METACALL static void qt_static_metacall(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **); \ QT_WARNING_POP \ struct QPrivateSignal {}; \ QT_ANNOTATE_CLASS(qt_qobject, \"\")我们看到，关键的地方，是声明了一个只读的静态成员变量staticMetaObject，以及3个public的成员函数
static const QMetaObject staticMetaObject; virtual const QMetaObject *metaObject() const; virtual void *qt_metacast(const char *); virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **);还有一个private的静态成员函数qt_static_metacall
static void qt_static_metacall(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **)那么声明的这些成员变量/函数，在哪里实现？答案是moc生成的cpp文件。
信号的moc生成
如上图所示目录结构，项目编译完成后，在build文件夹中，自动生成了moc_Jerry.cpp 和 moc_Tom.cpp两个文件
其中moc_Tom.cpp内容如下：
/****************************************************************************** Meta object code from reading C++ file "Tom.h"**** Created by: The Qt Meta Object Compiler version 67 (Qt 5.12.4)**** WARNING! All changes made in this file will be lost!*****************************************************************************/#include \"../../TomJerry/Tom.h\"#include #include #if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)#error \"The header file "Tom.h" doesn"t include .\"#elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 67#error \"This file was generated using the moc from 5.12.4. It\"#error \"cannot be used with the include files from this version of Qt.\"#error \"(The moc has changed too much.)\"#endifQT_BEGIN_MOC_NAMESPACEQT_WARNING_PUSHQT_WARNING_DISABLE_DEPRECATEDstruct qt_meta_stringdata_Tom_t { QByteArrayData data[3]; char stringdata0[10];};#define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \ Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \ qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_Tom_t, stringdata0) + ofs \ - idx * sizeof(QByteArrayData)) \ )static const qt_meta_stringdata_Tom_t qt_meta_stringdata_Tom = { {QT_MOC_LITERAL(0, 0, 3), // \"Tom\"QT_MOC_LITERAL(1, 4, 4), // \"miao\"QT_MOC_LITERAL(2, 9, 0) // \"\" }, \"Tom\0miao\0\"};#undef QT_MOC_LITERALstatic const uint qt_meta_data_Tom[] = { // content: 8, // revision 0, // classname 0, 0, // classinfo 1, 14, // methods 0, 0, // properties 0, 0, // enums/sets 0, 0, // constructors 0, // flags 1, // signalCount // signals: name, argc, parameters, tag, flags 1, 0, 19, 2, 0x06 /* Public */, // signals: parameters QMetaType::Void, 0 // eod};void Tom::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a){ if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) { auto *_t = static_cast(_o); Q_UNUSED(_t) switch (_id) { case 0: _t->miao(); break; default: ; } } else if (_c == QMetaObject::IndexOfMethod) { int *result = reinterpret_cast(_a[0]); { using _t = void (Tom::*)(); if (*reinterpret_cast<_t *>(_a[1]) == static_cast<_t>(&Tom::miao)) { *result = 0; return; } } } Q_UNUSED(_a);}QT_INIT_METAOBJECT const QMetaObject Tom::staticMetaObject = { { &QObject::staticMetaObject, qt_meta_stringdata_Tom.data, qt_meta_data_Tom, qt_static_metacall, nullptr, nullptr} };const QMetaObject *Tom::metaObject() const{ return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->dynamicMetaObject() : &staticMetaObject;}void *Tom::qt_metacast(const char *_clname){ if (!_clname) return nullptr; if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_Tom.stringdata0)) return static_cast(this); return QObject::qt_metacast(_clname);}int Tom::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a){ _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a); if (_id < 0) return _id; if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) { if (_id < 1) qt_static_metacall(this, _c, _id, _a); _id -= 1; } else if (_c == QMetaObject::RegisterMethodArgumentMetaType) { if (_id < 1) *reinterpret_cast(_a[0]) = -1; _id -= 1; } return _id;}// SIGNAL 0void Tom::miao(){ QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, nullptr);}QT_WARNING_POPQT_END_MOC_NAMESPACE 可以大致看出，生成的cpp文件中，就是变量staticMetaObject以及 那几个函数的实现。
staticMetaObject是一个结构体，用来存储Tom这个类的信号、槽等元信息，并把
qt_static_metacall静态函数作为函数指针存储起来。
因为是静态成员，所以实例化多少个Tom对象，它们的元信息都是一样的。
qt_static_metacall函数提供了两种“元调用的实现”：
如果是InvokeMetaMethod类型的调用，则直接 把参数中的QObject对象，
转换成Tom类然后调用其miao函数
如果是IndexOfMethod类型的调用，即获取元函数的索引号，则计算miao函数的偏移并返回。
而moc_Tom.cpp末尾的
// SIGNAL 0void Tom::miao(){ QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, nullptr);}就是信号函数的实现。
信号的触发
miao信号的实现，直接调用了QMetaObject::activate函数。其中0代表miao这个函数的索引号。
QMetaObject::activate函数的实现，在Qt源码的QObject.cpp文件中，略微复杂一些，
且不同版本的Qt，实现差异都比较大，这里总结一下大致的实现：
先找出与当前信号连接的所有对象-槽函数，再逐个处理：
这里处理的方式，分为三种：
if((c->connectionType == Qt::AutoConnection && !receiverInSameThread) || (c->connectionType == Qt::QueuedConnection)) { // 队列处理} else if (c->connectionType == Qt::BlockingQueuedConnection) { // 阻塞处理 // 如果同线程，打印潜在死锁。} else { //直接调用槽函数或回调函数}receiverInSameThread表示当前线程id和接收信号的对象的所在线程id是否相等。
如果信号-槽连接方式为QueuedConnection，不论是否在同一个线程，按队列处理。
如果信号-槽连接方式为Auto，且不在同一个线程，也按队列处理。
如果信号-槽连接方式为阻塞队列BlockingQueuedConnection，按阻塞处理。
(注意同一个线程就不要按阻塞队列调用了。因为同一个线程，同时只能做一件事，
本身就是阻塞的，直接调用就好了，如果走阻塞队列，则多了加锁的过程。如果槽中又发了
同样的信号，就会出现死锁：加锁之后还未解锁，又来申请加锁。)
队列处理，就是把槽函数的调用，转化成了QMetaCallEvent事件，通过QCoreApplication::postEvent
放进了事件循环, 等到下一次事件分发，相应的线程才会去调用槽函数。
关于事件循环，可以参考之前的文章《Qt实用技能3-理解事件循环》
槽和moc生成
slot函数我们自己实现了，moc不会做额外的处理，所以自动生成的moc_Jerry.cpp文件中，
只有Q_OBJECT宏的展开，和前面的moc_Tom.cpp是一致的，不赘述了。
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