Qt實用技能3-理解事件循環
目錄
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- 簡介
- 事件與事件循環
- Hello World
- 循環處理
- 類比事件循環的概念
- 不同操作系統的事件循環
- Windows
- Linux X11窗口
- MacOS Cocoa Application
- Qt的事件循環
- QEventLoop類
- QCoreApplication 主事件循環
- Qt的事件分發和事件處理
- 重載事件
- QEvent
- 事件過濾器
- 事件循環的運用
- processEvents不阻塞
- QEventLoop模擬同步調用
簡介
本文是《Qt實用技能》系列文章的第三篇，濤哥在這裡討論事件循環相關的知識點。
一些常見的問題，諸如：
為什麼Qt程序的main函數都有一個QApplication?
執行比較耗時的任務時，怎樣能不卡界面?
同步、非同步、阻塞、非阻塞到底是怎麼回事?
等等，都可以在本文中找到答案。
註：文章主要發布在濤哥的博客 和 濤哥的知乎專欄-Qt進階之路
事件與事件循環
Hello World
從Hello World說起吧
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("Hello World");
return 0;
}
這是一段大家都很熟悉的命令行程序，運行起來會在終端輸出」Hello World」，之後程序就退出了。
循環處理
我們稍微加點需求: 程序能夠一直運行，每次用戶輸入一些信息並按下回車時，列印出用戶的輸入。直到輸入的內容為「quit」時才退出。
按照這個需求，代碼實現如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
char input[1024]; //假設輸入長度不超過1024
const char quitStr[] = "quit";
bool quit = false;
while (false == quit) {
scanf_s("%s", input, sizeof input);
printf("user input: %s
", input);
if (0 == memcmp(input, quitStr, sizeof quitStr)) {
quit = true;
}
}
return 0;
}
我們使用了一個while循環。在這個循環體內，不停地處理用戶的輸入。當輸入的內容為」quit」時，循環終止條件被設置為true，循環將終止。
類比事件循環的概念
在上面這個例子中，「用戶輸入並按下回車」這件事情，我們可以稱作一個「事件」或者「用戶輸入事件」，不停的去處理「事件」的這段代碼，
我們可以稱作「事件循環」, 也可以叫做」消息循環」，是一回事。
一般對於帶UI窗口的程序來說，「事件」是由操作系統或程序框架在不同的時刻發出的。
當用戶按下滑鼠、敲下鍵盤，或者是窗口需要重新繪製的時候，計時器觸發的時候，都會發出一個相應的事件。
我們把「事件循環」的代碼 提煉/抽象 如下：
function loop() {
initialize();
bool shouldQuit = false;
while(false == shouldQuit)
{
var message = get_next_message();
process_message(message);
if (message == QUIT)
{
shouldQuit = true;
}
}
}
在事件循環中, 不停地去獲取下一個事件，然後做出處理。直到quit事件發生，循環結束。
有「取事件」的過程，那麼自然有「存儲事件」的地方，要麼是操作系統存儲，要麼是軟體框架存儲。
存儲事件的地方，我們稱作 「事件隊列」 Event Queue
處理事件，我們也稱作 「事件分發」 Event Dispatch
不同操作系統的事件循環
Windows
先來看一個Windows系統的事件循環示例(win32 API)：
MSG msg = { 0 };
bool done = false;
bool result = false;
while (!done)
{
if (PeekMessage(&msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
if (msg.message == WM_QUIT)
{
done = true;
}
}
思路和前面介紹的一致
Linux X11窗口
有些linux系統使用X11窗口系統，看看其窗口事件循環
Atom wmDeleteMessage = XInternAtom(mDisplay, "WM_DELETE_WINDOW", False);
XSetWMProtocols(display, window, &wmDeleteMessage, 1);
XEvent event;
bool running = true;
while (running)
{
XNextEvent(display, &event);
switch (event.type)
{
case Expose:
printf("Expose
");
break;
case ClientMessage:
if (event.xclient.data.l[0] == wmDeleteMessage)
running = false;
break;
default:
break;
}
}
思路也是和前面一致的
MacOS Cocoa Application
在Cocoa Application中, 有一種獲取事件的機制，叫做runloop(一個NSRunLoop對象,它允許進程接收窗口服務的各種事件)
一般的Cocoa Application運行流程是，從runloop的事件隊列中獲取一個事件(NSEvent)
派發事件(NSEvent)到合適的對象(Object)
事件被處理完成後,再取下一個事件(NSEvent),直到應用退出.
思路也是和前面一致的。
Qt的事件循環
Qt作為一個跨平臺的UI框架，其事件循環實現原理, 就是把不同平臺的事件循環進行了封裝，並提供統一的抽象介面。
和Qt做了類似工作的，還有glfw、SDL等等很多開源庫。
QEventLoop類
QEventLoop即Qt中的事件循環類，主要介面如下：
int exec(QEventLoop::ProcessEventsFlags flags = AllEvents)
void exit(int returnCode = 0)
bool isRunning() const
bool processEvents(QEventLoop::ProcessEventsFlags flags = AllEvents)
void processEvents(QEventLoop::ProcessEventsFlags flags, int maxTime)
void wakeUp()
其中exec是啟動事件循環，調用exec以後，調用exec的函數就會被「阻塞」，直到EventLoop裡面的while循環結束。
這裡畫個簡單的示意圖:
exit是退出事件循環(將EventLoop中的退出標識設為true)
processEvents是及時處理隊列中的事件(這個很有用，後面還會講)。
這裡有個問題，exec阻塞了當前函數，還怎麼退出EventLoop呢？
答案是：在派發事件後，某個事件處理的函數中，達到事件退出條件時，調用exit函數，將EventLoop中的退出標識設為true。
這樣的程序運行流程，我們叫做 「事件驅動」式的程序。
QCoreApplication 主事件循環
一般的Qt程序，main函數中都有一個QCoreApplication/QGuiApplication/QApplication，並在末尾調用 exec。
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication app(argc, argv);
//或者QGuiApplication， 或者 QApplication
...
...
return app.exec();
}
Application類中，除去啟動參數、版本等相關東西後，關鍵就是維護了一個QEventLoop，Application的exec就是QEventLoop的exec。
不過Application中的這個EventLoop，我們稱作「主事件循環」Main EventLoop。
所有的事件分發、事件處理都從這裡開始。
Application還提供了sendEvent和poseEvent兩個函數，分別用來發送事件。
sendEvent發出的事件會立即被處理，也就是「同步」執行。
postEvent發送的事件會被加入事件隊列，在下一輪事件循環時才處理，也就是「非同步」執行。
還有一個特殊的sendPostedEvents，是將已經加入隊列中的準備非同步執行的事件立即同步執行。
Qt的事件分發和事件處理
以QWidget為例來說明。
QWidget是Widget框架中，大部分UI組件的基類。QWidget類擁有一些名字為xxxEvent的虛函數,比如：
virtual void keyPressEvent(QKeyEvent *event)
virtual void keyReleaseEvent(QKeyEvent *event)
keyPressEvent就表示按鍵按下時的處理，keyReleaseEvent表示按鍵鬆開時的處理。
主事件循環中(註冊過QWidget類之後)，事件分發會在按鍵按下時調用QWidget的keyPressEvent函數，按鍵鬆開時調用QWidget的keyReleaseEvent函數。
重載事件
有了上面的事件處理機制，我們就可以在自己的QWidget子類中，通過重載keyPressEvent、keyReleaseEvent等等事件處理函數，做一些自定義的事件處理。
QEvent
每一個事件處理函數，都是帶有參數的，這個參數是QEvent的子類，攜帶了各種事件的參數。比如
按鍵事件 void keyPressEvent(QKeyEvent *event) 中的QKeyEvent, 就包括了按下的按鍵值key、 count等等。
事件過濾器
Qt還提供了事件過濾機制，在事件分發之前先過濾一部分事件。
用法如下：
class KeyPressEater : public QObject
{
Q_OBJECT
...
protected:
bool eventFilter(QObject *obj, QEvent *event) override;
};
bool KeyPressEater::eventFilter(QObject *obj, QEvent *event)
{
if (event->type() == QEvent::KeyPress) {
QKeyEvent *keyEvent = static_cast<QKeyEvent *>(event);
qDebug("Ate key press %d", keyEvent->key());
return true;
} else {
// standard event processing
return QObject::eventFilter(obj, event);
}
}
。。。
monitoredObj->installEventFilter(filterObj);
自定義一個QObject子類，重載eventFilter函數。之後在要過濾的QObject對象上，調用installEventFilter函數以安裝過濾器上去。
過濾器函數的返回值為bool，true表示這個事件被過濾掉了，不用再往下分發了。false表示沒有過濾。
事件循環的運用
processEvents不阻塞UI
我們的UI界面，要持續不斷地刷新（對於QWidget就是觸發paintEvent事件），以保證顯示流暢、能及時響應用戶輸入。
一般要有一個良好的幀率，比如每秒刷新60幀, 即經常說的FPS 60， 換算一下 1000 ms/ 60 ≈ 16 ms,也就是每隔16毫秒刷新一次。
而我們有時候又需要做一些複雜的計算，這些計算的耗時遠遠超過了16毫秒。
在沒有計算完成之前，函數不會退出（相當於阻塞），事件循環得不到及時處理，就會發生UI卡住的現象。
這種場景下，就可以使用Qt為我們提供的介面，立即處理一次事件循環，來保證UI的流暢
(先不討論多線程的情況，後續有多線程專題文章，而且你們玩的不一定比濤哥6)
//耗時操作
someWork1()
//適當的位置，插入一個processEvents,保證事件循環被處理
QCoreApplication::processEvents();
//耗時操作
someWork2()
QEventLoop模擬同步調用
經常會有這種場景： 「觸發 」了某項操作，必須等該操作完成後才能進行「 下一步 」
比如：軟體的登錄界面，向伺服器發起登錄請求後，必須等收到伺服器返回的登錄數據，才知道登錄結果並決定下一步如何執行。
這種場景，如果設計成非同步調用，直接用Qt的信號/槽即可，如果要設計成同步調用，就可以使用本地QEventLoop
這裡寫段偽代碼示例一下：
bool login(const QString &userName, const QString &passwdHash, const QString &slat)
{
//聲明本地EventLoop
QEventLoop loop;
bool result = false;
//先連接好信號
connect(&network, &Network::result, [&](bool r, const QString &info){
result = r;
qDebug() << info;
//槽中退出事件循環
loop.quit();
});
//發起登錄請求
sendLoginRequest(userName, passwdHash, slat);
//啟動事件循環。阻塞當前函數調用，但是事件循環還能運行。
//這裡不會再往下運行，直到前面的槽中，調用loop.quit之後，才會繼續往下走
loop.exec();
//返回result。loop退出之前，result中的值已經被更新了。
return result;
}
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