【Qt】信号和槽的机制实现原理

前言

信号和槽机制在qt编程中非常重要。现在通过一个简单的程序看一下信号和槽的实现原理的机制

内容

使用qmake版本为:5.12.9
为了简单起见使用QT Creator 创建一个 Qt Console Application程序。
在项目添加一个类

#ifndef SIGNALSLOT_H
#define SIGNALSLOT_H

#include 

class SignalSlot: public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit SignalSlot(QObject *parent = nullptr);
signals:
    void press();
public slots:
    void dealPress();
};

#endif // SIGNALSLOT_H

#include "signalslot.h"

#include 

SignalSlot::SignalSlot(QObject *parent)
{
    connect(this,SIGNAL(press()),this,SLOT(dealPress()));
    emit press();
}

void SignalSlot::dealPress()
{
    qDebug() << "deal press" << endl;
}

宏

# define QT_ANNOTATE_ACCESS_SPECIFIER(x)

# define Q_SIGNALS public QT_ANNOTATE_ACCESS_SPECIFIER(qt_signal)
# define signals Q_SIGNALS

# define Q_SLOTS QT_ANNOTATE_ACCESS_SPECIFIER(qt_slot)
# define slots Q_SLOTS

综上所述 起始

#define signals public
#define slots

所以我们在头文件处在signals 前面没有加任何的修饰符

# define emit

如上可见 emit 是一个空的宏，写和不写没有什么区别，之所以要有这个作用，是用来提醒程序员这个是一个信号调用。

MOC

这是一个最简单的一个 信号和槽的使用方式。

我们打开构建目录下的查看文件 MakeFile.Debug

在SOURCES处发现了一个文件 moc_signalslot.cpp 它和我们项目中的文件 signalslot.cpp 一起编译。

moc Meta-Object Compiler 元对象代码生成器。当我们创建一个类继承于QObject 的时候 moc 会读取这个类的头文件。如果它找到包含Q_OBJECT宏的一个或者多个类声明，它会生成一个包含这些类元对象代码源文件，并且以moc_作为前缀。然后添加下面内容。
其中 Q_OBJECT 宏最重要的是定义了

static const QMetaObject staticMetaObject;

我们在 debug目录下找到这个文件如下图。

打开文件内容查看。

/****************************************************************************
** Meta object code from reading C++ file 'signalslot.h'
**
** Created by: The Qt Meta Object Compiler version 67 (Qt 5.12.9)
**
** WARNING! All changes made in this file will be lost!
*****************************************************************************/

#include "../../untitled2/signalslot.h"
#include 
#include 
#if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)
#error "The header file 'signalslot.h' doesn't include ."
#elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 67
#error "This file was generated using the moc from 5.12.9. It"
#error "cannot be used with the include files from this version of Qt."
#error "(The moc has changed too much.)"
#endif

QT_BEGIN_MOC_NAMESPACE
QT_WARNING_PUSH
QT_WARNING_DISABLE_DEPRECATED
struct qt_meta_stringdata_SignalSlot_t {
    QByteArrayData data[4];
    char stringdata0[28];
};
#define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \
    Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \
    qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_SignalSlot_t, stringdata0) + ofs \
        - idx * sizeof(QByteArrayData)) \
    )
static const qt_meta_stringdata_SignalSlot_t qt_meta_stringdata_SignalSlot = {
    {
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10), // "SignalSlot"
QT_MOC_LITERAL(1, 11, 5), // "press"
QT_MOC_LITERAL(2, 17, 0), // ""
QT_MOC_LITERAL(3, 18, 9) // "dealPress"

    },
    "SignalSlot\0press\0\0dealPress"
};
#undef QT_MOC_LITERAL

static const uint qt_meta_data_SignalSlot[] = {

 // content:
       8,       // revision
       0,       // classname
       0,    0, // classinfo
       2,   14, // methods
       0,    0, // properties
       0,    0, // enums/sets
       0,    0, // constructors
       0,       // flags
       1,       // signalCount

 // signals: name, argc, parameters, tag, flags
       1,    0,   24,    2, 0x06 /* Public */,

 // slots: name, argc, parameters, tag, flags
       3,    0,   25,    2, 0x0a /* Public */,

 // signals: parameters
    QMetaType::Void,

 // slots: parameters
    QMetaType::Void,

       0        // eod
};

void SignalSlot::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
    if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
        auto *_t = static_cast<SignalSlot *>(_o);
        Q_UNUSED(_t)
        switch (_id) {
        case 0: _t->press(); break;
        case 1: _t->dealPress(); break;
        default: ;
        }
    } else if (_c == QMetaObject::IndexOfMethod) {
        int *result = reinterpret_cast<int *>(_a[0]);
        {
            using _t = void (SignalSlot::*)();
            if (*reinterpret_cast<_t *>(_a[1]) == static_cast<_t>(&SignalSlot::press)) {
                *result = 0;
                return;
            }
        }
    }
    Q_UNUSED(_a);
}

QT_INIT_METAOBJECT const QMetaObject SignalSlot::staticMetaObject = { {
    &QObject::staticMetaObject,
    qt_meta_stringdata_SignalSlot.data,
    qt_meta_data_SignalSlot,
    qt_static_metacall,
    nullptr,
    nullptr
} };


const QMetaObject *SignalSlot::metaObject() const
{
    return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->dynamicMetaObject() : &staticMetaObject;
}

void *SignalSlot::qt_metacast(const char *_clname)
{
    if (!_clname) return nullptr;
    if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_SignalSlot.stringdata0))
        return static_cast<void*>(this);
    return QObject::qt_metacast(_clname);
}

int SignalSlot::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 < 2)
            qt_static_metacall(this, _c, _id, _a);
        _id -= 2;
    } else if (_c == QMetaObject::RegisterMethodArgumentMetaType) {
        if (_id < 2)
            *reinterpret_cast<int*>(_a[0]) = -1;
        _id -= 2;
    }
    return _id;
}

// SIGNAL 0
void SignalSlot::press()
{
    QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, nullptr);
}
QT_WARNING_POP
QT_END_MOC_NAMESPACE

文件部分分析

const QMetaObject *SignalSlot::metaObject() const
{
    return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->dynamicMetaObject() : &staticMetaObject;
}

其中 dynamicMetaObject 适用于 QML 动态元对象使用。因为这里没有使用QML 所以 返回的是 Q_OBJECT中声明的 staticMetaObject的地址。

查看 QMetaObject 的结构 节选出和本文讨论有关的内容。

struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
	enum Call {
        InvokeMetaMethod,
        ReadProperty,
        WriteProperty,
        ResetProperty/*...*/
        };
    struct { // private data
        const QMetaObject *superdata;
        const QByteArrayData *stringdata;
        const uint *data;
        typedef void (*StaticMetacallFunction)(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **);
        StaticMetacallFunction static_metacall;
        const QMetaObject * const *relatedMetaObjects;
        void *extradata; //reserved for future use
    } d;
};

索引表

static const uint qt_meta_data_SignalSlot[] = {

 // content:
       8,       // revision //ps:Qt4中是6 Qt5中是7(可能是早一点的版本吧我这里是8对于Qt 版本为 5.12.9)
       0,       // classname
       0,    0, // classinfo
       2,   14, // methods
       0,    0, // properties
       0,    0, // enums/sets
       0,    0, // constructors
       0,       // flags
       1,       // signalCount

 // signals: name, argc, parameters, tag, flags
       1,    0,   24,    2, 0x06 /* Public */,

 // slots: name, argc, parameters, tag, flags
       3,    0,   25,    2, 0x0a /* Public */,

 // signals: parameters
    QMetaType::Void,

 // slots: parameters
    QMetaType::Void,

       0        // eod
};

前13个int 第一列表示总数，第二列表示索引位置。
例如有2个methods 从索引14开始 即从

这个位置开始。
从这里开始是一个信号一个槽函数。
每个描述由5个int组成
其中 第一个表示 字符串表的索引位置。第二个是参数描述的索引表明在哪里可以找到关于参数的索引。

字符串表

struct qt_meta_stringdata_SignalSlot_t {
    QByteArrayData data[4];
    char stringdata0[28];
};
#define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \
    Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \
    qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_SignalSlot_t, stringdata0) + ofs \
        - idx * sizeof(QByteArrayData)) \
    )
static const qt_meta_stringdata_SignalSlot_t qt_meta_stringdata_SignalSlot = {
    {
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10), // "SignalSlot"
QT_MOC_LITERAL(1, 11, 5), // "press"
QT_MOC_LITERAL(2, 17, 0), // ""
QT_MOC_LITERAL(3, 18, 9) // "dealPress"

    },
    "SignalSlot\0press\0\0dealPress"
};

其中QT_MOC_LITERAL 括号中表示
(索引，偏移量，偏移长度)

信号

// SIGNAL 0
void SignalSlot::press()
{
    QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, nullptr);
}

moc文件定义了信号，这也就是我们在Qt中不需要定义信号函数的原因。

调用槽

void SignalSlot::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
    if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
        auto *_t = static_cast<SignalSlot *>(_o);
        Q_UNUSED(_t)
        switch (_id) {
        case 0: _t->press(); break;
        case 1: _t->dealPress(); break;
        default: ;
        }
    } else if (_c == QMetaObject::IndexOfMethod) {
        int *result = reinterpret_cast<int *>(_a[0]);
        {
            using _t = void (SignalSlot::*)();
            if (*reinterpret_cast<_t *>(_a[1]) == static_cast<_t>(&SignalSlot::press)) {
                *result = 0;
                return;
            }
        }
    }
    Q_UNUSED(_a);
}

发出信号

// SIGNAL 0
void SignalSlot::press()
{
    QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, nullptr);
}

其中关于 activate函数的源码实现如下
源码

信号连接槽函数

QT找出所需要的信号和槽的索引。在元对象字符串表来找出相应的索引
然后创建一个 QObjectPrivate::Connection对象，将其添加到内部的链表中。
为每一个信号添加以连接槽列表 每一个连接包括接受对象和槽的索引。当然每一个接受对象也需要在接受对象销毁的时候清理连接，所以接受对象也需要知道谁连接到了它以便于清理。

参考链接：
https://www.devbean.net/2012/12/how-qt-signals-and-slots-work/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/28423034