在Qt（C++）中使用QThread实现多线程

1. 引言

多线程对于需要处理耗时任务的应用很有用，一方面响应用户操作、更新界面显示，另一方面在“后台”进行耗时操作，比如大量运算、复制大文件、网络传输等。

使用Qt框架开发应用程序时，使用QThread类可以方便快捷地创建管理多线程。而多线程之间的通信也可使用Qt特有的“信号-槽”机制实现。

下面的说明以文件复制为例。主线程负责提供交互界面，显示复制进度等；子线程负责复制文件。最后附有可以执行的代码。

2. QThread使用方法1——重写run()函数

第一种使用方法是自己写一个类继承QThread，并重写其run()函数。

大家知道，C/C++程序都是从main()函数开始执行的。main()函数其实就是主进程的入口，main()函数退出了，则主进程退出，整个进程也就结束了。

而对于使用Qthread创建的进程而言，run()函数则是新线程的入口，run()函数退出，意味着线程的终止。复制文件的功能，就是在run()函数中执行的。

下面举个文件复制的例子。自定义一个类，继承自Qthread

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CopyFileThread: public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    CopyFileThread(QObject * parent = 0);

protected:
    void run(); // 新线程入口
// 省略掉一些内容
}

在对应的cpp文件中，定义run()

void CopyFileThread::run()
{
    // 新线程入口
    // 初始化和操作放在这里
}

将这个类写好之后，在主线程的代码中生成一个CopyFileThread的实例，例如在mainwindow.cpp中写：

// mainwindow.h中
CopyFileThread * m_cpyThread;

// mainwindow.cpp中
m_cpyThread = new CopyFileThread;

在要开始复制的时候，比如按下“复制”按钮后，让这个线程开始执行：

m_cpyThread->start();

注意，使用start()函数来启动子线程，而不是run()。start()会自动调用run()。

线程开始执行后，就进入run()函数，执行复制文件的操作。而此时，主线程的显示和操作都不受影响。

如果需要进行对复制过程中可能发生的事件进行处理，例如界面显示复制进度、出错返回等等，应该从CopyFileThread中发出信号(signal），并事先连接到mainwindow的槽，由这些槽函数来处理事件。

3. QThread使用方法2——moveToThread()

如果不想每执行一种任务就自定义一个新线程，那么可以自定义用于完成任务的类，并让它们继承自QObject。例如，自定义一个FileCopier类，用于复制文件。

class FileCopier : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit FileCopier(QObject *parent = 0);

public slots:
    void startCopying();
    void cancelCopying();
}

注意这里我们定义了两个槽函数，分别用于复制的开始和取消。
这个类本身的实例化是在主线程中进行的，例如：

// mainwindow.h中
private:
    FileCopier* m_copier;

// mainwindow.cpp中，初始化时
    m_copier = new FileCopier;

此时m_copier还是属于主线程的。要将其移动到子线程处理，需要首先声明并实例化一个QThread：

// mainwindow.h中
signals:
    void startCopyRsquested();
private:
    QThread * m_childThread; // m_copier将被移动到此线程执行

// mainwindow.cpp中，初始化时
    m_childThread = new QThread; // 子线程，本身不负责复制

然后使用moveToThread()将m_copier移动到新线程。注意moveToThread()是QObject的公有函数，因此用于复制文件的类FileCopier必须继承自QObject。移动之后启动子线程。此时复制还没有开始。

    m_copier->moveToThread(m_childThread); // 将实例移动到新的线程，实现多线程运行
    m_childThread->start(); // 启动子线程

注意一定要记得启动子线程，否则线程没有运行，m_copier的功能也无法执行。
要开始复制，需要使用信号-槽机制，触发FileCopier的槽函数实现。因此要事先定义信号并连接：

// mainwindow.h中
signals:
    void startCopyRsquested();
// mainwindow.cpp中，初始化时
// 使用信号-槽机制，发出开始指令
    connect(this, SIGNAL(startCopyRsquested()), m_copier, SLOT(startCopying()));

当按下“复制”按钮后，发出信号。

    emit startCopyRsquested(); // 发送信号

m_copier在另一个线程接收到信号后，触发槽函数，开始复制文件。

4.常见问题

4.1. 子线程中能不能进行UI操作？

Qt中的UI操作，比如QMainWindow、QWidget之类的创建、操作，只能位于主线程！
这个限制意味着你不能在新的线程中使用QDialog、QMessageBox等。比如在新线程中复制文件出错，想弹出对话框警告？可以，但是必须将错误信息传到主线程，由主线程实现对话框警告。
因此一般思路是，主线程负责提供界面，子线程负责无UI的单一任务，通过“信号-槽”与主线程交互。

4.2. QThread中的哪些代码属于子线程？

QThread，以及继承QThread的类（以下统称QThread），他们的实例都属于新线程吗？答案是：不。
需要注意的是，QThread本身的实例是属于创建该实例的线程的。比如在主线程中创建一个QThread，那么这个QThread实例本身属于主线程。当然，QThread会开辟一个新线程（入口是run()），但是QThread本身并不属于这个新线程。也就是说，QThread本身的成员都不属于新线程，而且在QThread构造函数里通过new得到的实例，也不属于新线程。这一特性意味着，如果要实现多线程操作，那么你希望属于新线程的实例、变量等，应该在run()中进行初始化、实例化等操作。本文给出的例子就是这样操作的。
如果你的多线程程序运行起来，会出现关于thread的报警，思考一下，各种变量、实例是不是放对了位置，是不是真的位于新的线程里。

4.3. 怎么查看是不是真的实现了多线程？

可以打印出当前线程。对于所有继承自QObject的类，例如QMainwindow、QThread，以及自定义的各种类，可以调用QObject::thread()查看当前线程，这个函数返回的是一个QThread的指针。例如用qDebug()打印：
在mainwindow.cpp的某个函数里、QThread的run()函数里、自定义类的某个函数里，写上：

qDebug() << "Current thread:" << thread();

对比不同位置打印的指针，就可以知道它们是不是位于同一个线程了。

5.范例

范例实现了多线程复制文本文件。
提供的范例文件可用QtCreator编译运行。界面如下（不同的操作系统略有不同）：

范例中实现了本文介绍的两种方法，同时也给出了单线程复制对比。打钩选择不同的复制方法。

可以发现，在使用多线程的时候，界面不会假死，第二根进度条的动画是持续的；而使用单线程复制的时候，“取消”按钮按不动，界面假死，而且第二根进度条的动画也停止了。

由于范例处理的文件很小，为了让复制过程持续较长时间以便使得现象明显，复制文件的时候，每复制一行加入了等待。

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