深度解析 Qt 內部進程通信機制

在 Qt 系統中，不僅有着構造完善的系統結構，而且爲了滿足用戶對編寫圖形用戶界面應用的種種需求，它還創建了許多新的系統機制，其中 Qt 所特有的內部進程通信機制尤其值得一提。

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Qt 內部進程通信機制是本文要介紹的內容，Qt 作爲一種跨平臺的基於 C++ 的 GUI 系統，能夠提供給用戶構造圖形用戶界面的強大功能。自從 1996 年 Qt 被 Trolltech 公司發佈以來，該系統成爲世界上很多成功的圖形用戶應用所使用的主要系統。更爲重要的是，Linux 操作系統的桌面環境系統 KDE 也是基於 Qt 構造的。目前，Qt 已經提供了對包括 MS/Windows、Unix/X11 和嵌入式平臺的支持，得到了越來越廣泛的應用。

在 Qt 系統中，不僅有着構造完善的系統結構，而且爲了滿足用戶對編寫圖形用戶界面應用的種種需求，它還創建了許多新的系統機制，其中 Qt 所特有的內部進程通信機制尤其值得一提。 本文分析了基於 QT 的應用進程之間通信常用的三種機制：QCOP 協議，Signal-Slot 機制和 FIFO 機制。給出了各自的使用方法，並指出了各自的使用場合。

1、 QCOP協議

QCOP 是 Qt 內部的一種通信協議，這種協議用於不同的客戶之間在同一地址空間內部或者不同的進程之間的通信。目前，這種機制還只在 Qt 的嵌入式版本中提供。

爲實現這種通信機制，Qt 中包括了由 QObject 類繼承而來的 QCopChannel 類，該類提供了諸如 send()、isRegistered() 等靜態函數，它們可以在脫離對象的情況下使用。爲了在 channel 中接收通信數據，用戶需要構造一個 QCopChannel 的子類並提供 receive() 函數的重載函數，或者利用 connect() 函數與接收到的信號相聯繫。

值得一提的是，在 Qt 系統中，只提供了 QCOP 協議機制和用於接收消息的類，而如何發送消息則沒有提供相應的類供用戶使用。

在基於 Qt 的桌面系統 Qtopia（QPE）中，則提供了相應的發送類：QCopEnvelope。用戶可以通過該類利用 channel 向其他進程發送消息。該類將通過 QCopChannel 發送 QCop 消息的過程進行了封裝，用戶只需要調用該類中的相關函數就可以方便地實現進程之間的通信過程。一方面，QCop 消息的發送要利用 QCopEnvelope 類，另一方面，接收消息則是通過與一個 QCopChannel 相關聯。

在發送消息時，將利用如下的協議機制：

QCopEnvelope e(channelname, messagename);

對於需要攜帶參數的消息，必須使用"<<()"運算符將參數添加到envelope中。

e << parameter1 << parameter2 << ...;

對於不帶參數的消息，只需要利用： 

QCopEnvelope e(channelname, messagename);

在Qtopia中，所有的channels名都以"QPE/"開始，而messagename則是一個函數的標識符。

在接收消息時，通常只需要利用在應用程序中預先定義好的QPE/Application/{appname}管道，當然，也可以根據需要自己定義管道，並將其與一個slot函數相關聯：

myChannel = new QCopChannel( "QPE/FooBar", this );
connect( myChannel, SIGNAL(received(const QCString &, const QByteArray &)),
          this, SLOT(fooBarMessage( const QCString &, const QByteArray &)) );

下面將具體的通信過程舉例如下：

在需要接收消息的類（如Window1）中定義管道：

QCopChannel *doChannel = new QCopChannel("QPE/Do", this);
 connect(doChannel, SIGNAL(received(const QCString &, const QByteArray &)),
  this, SLOT(doMessage(const QCString &, const QByteArray &)));

同時，需要在該類中定義相應的消息處理函數doMessage，

void Window1::doMessage(const QCString &msg, const QByteArray &args)
{
 QDataStream stream(args, IO_ReadOnly);
 if(msg == "Message1(QString)")
 {
  QString text;
  stream >> text;
  button->setText(text);
 }
 else if(msg == "Message2()")
 {
  close();
 }
}

其中的Message1(QString)和Message2(QString)都是用戶自己定義的消息，該函數中分別對這些消息進行了相應的處理。在該例中當收到帶有參數的Message1消息時，將該字符串參數stream顯示在按鈕button上；當收到Message2消息時，將執行關閉Window1窗口的動作，當然用戶可以根據需要自行編寫相應的處理過程。

另一方面，在類Class2中需要發出消息的函數function中利用QCopEnvelope發送消息：

void Class2::function()
{   QCopEnvelope e("QPE/Do", "Message1(QString)");
    e << param; }

這裏發出了Message1消息，並將需要攜帶的參數param發送到管道中。

通過這樣的過程，用戶可以很方便地實現不同對象、不同進程之間通信過程，而且可以根據需要在通信過程中任意傳遞參數。

2、 信號-槽（Signal-Slot）機制

在Qt中，有一種用於對象之間的通信：信號-槽機制，這種機制是Qt的核心機制，也是它區別於其他GUI工具的最主要的特徵。在大多數GUI工具中，通常爲可能觸發的每種行爲定義一個回調函數，這個回調函數是一個指向函數的指針。在Qt中，信號-槽機制取代了這種繁雜的函數指針，能夠實現同樣的功能。信號-槽機制可以攜帶任意類型、任意數量的參數，而且完全是安全的，不會引起系統的崩潰。

所有由QObject類繼承而來的類，或者是它的一個子類，都可以包括信號-槽機制。信號通常是當對象改變他們的狀態時發出的，這就是一個對象在需要與其他對象通信時所需要做的一切，它並不知道是否有其他對象在另一端接收該信號。從這個意義上來說，這種機制實現了真正的信息封裝，確保了對象可以被當作一個獨立的軟件構件來使用。

而槽可以被用於接收信號，它們通常是類中的成員函數。一個槽並不知曉是否有一個信號與自己相聯繫，同樣，包含有槽函數的對象也對通信機制一無所知，它們也可以作爲一個獨立的軟件構件。

用戶可以按照需要將許多信號與一個單獨的槽函數相聯繫，一個信號也可以按需要被聯繫到很多不同的槽函數。甚至還可以將一個信號直接與另一個信號相聯繫，這樣當第一個信號被髮出時立刻發出第二個信號。

這樣，信號-槽相結合就產生了一種功能強大的編程機制。

例如：

button = new QAction(tr("button"), QIconSet(QPixmap("button.png")), 0, 0, this);
connect(button, SIGNAL(activated()), this, SLOT(slotButton()));

程序中定義了一個按鈕，並利用connect()函數將該按鈕button的activated()信號與slotButton()函數相關聯，當用戶觸發按鈕時，就會執行相應的槽函數。當然，這裏的信號是QAction類中預先定義好的信號，用戶在使用該機制時，可以根據需要自行定義信號，同時在適當的時候利用emit語句發出該信號。另外，在信號和相應的槽函數之間還可以傳遞任意參數，如：

emit signal(parameter);

3、 FIFO機制

當然，除了 Qt 內部所特有的通信機制之外，一般操作系統中常用的進程間通信機制同樣可以用於 Qt 系統內部不同進程之間的通信。如消息隊列、共享內存、信號量、管道等機制，其中有些機制，如信號量，在 Qt 中重新進行了封裝；有些機制則可以直接調用操作系統的系統調用來實現。這裏，有名管道是一種簡單實用的通信機制，用戶在對Qt內部機制

不甚瞭解的情況下，同樣可以使用這種方法實現對象進程之間的通信。下面就對利用這種機制實現Qt內部進程之間的通信過程進行介紹。

首先，需要創建 FIFO，這個過程類似於創建文件，在系統中可以利用 mkfifo 命令來創建，這樣就可以用 open 函數打開它，同時，一般的文件 I/O函數（close、read、write）都可以用於 FIFO。

在基於 Qt 的應用中，有很多應用採用了一種客戶機-服務器模式，這時就可以利用 FIFO 在客戶機和服務器之間傳遞數據。例如，有一個服務器，它負責接收底層程序發來的消息，同時，它與很多客戶機有關，服務器需要將收到的不同消息發送到不同的客戶機，而每個客戶機也有請求需要發給服務器，進而發給底層程序。

下面是服務器端的程序示例：（架設已有客戶端進程爲讀而打開/dev/fifoclient1和/dev/fifoclient1）

fd = open("/dev/fifoserver", O_NONBLOCK|O_RDONLY);
   file = fdopen(fd, "r");
ret = fgets(buf, MAX_LINE, file );
  if(buf[0] == '0')
  {
   QFile fd_file("/dev/fifoclient1");
   QString temp(buf);
   if(fd_file.open(IO_WriteOnly|IO_Append)) {
         QTextStream t(&fd_file);
  t<< temp;
    fd_file.close();
  }
  else if(buf[0] == '1')
  {
   QFile fd_file("/dev/fifoclient2");
   QString temp(buf);
   if(fd_file.open(IO_WriteOnly|IO_Append)) {
         QTextStream t(&fd_file);
  t<< temp;
    fd_file.close();
  }

在該程序中，服務器接收底層發來的信息（這裏假設也是由 FIFO 管道傳來），然後根據收到的信息內容，如第一個字節的內容，將信息發到不同客戶端的管道中，實現對信息的正確分發。

客戶端程序示例如下：（假設服務器端已經爲讀而打開 /dev/fifo 管道）

QFile out_file("/dev/fifo");
 if(out_file.open(IO_WriteOnly|IO_Append)) {
  QTextStream t(&out_file);
t << text << "\n";  }

當任意一個客戶端需要向服務器發送消息時，就可以通過 /dev/fifo 這個公共的管道發出。

通過這種方式，同樣可以實現GUI內部不同進程或應用之間的通信過程，但是，當客戶端數量較多時，這種方法就顯示出了一定的侷限性，整個通信過程佈局變得過於繁雜，管道越來越多使得出錯的可能性也越來越大。因此，利用 FIFO 實現 Qt 中上述客戶端和服務器端的通信過程，更適用於客戶端應用較少時。

小結：Qt 內部進程通信機制的內容介紹完了，希望本文對你有所幫助，更多資料請參考編輯推薦。