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单枪匹马亦对饮,历经磨难记初心

玩转Qt(5)-理解事件循环

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简介

这次讨论事件循环相关的知识点。

事件与事件循环

Hello World

从Hello World说起吧

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#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
printf("Hello World");
return 0;
}

这是一段大家都很熟悉的命令行程序,运行起来会在终端输出”Hello World”,之后程序就退出了。

循环处理

我们稍微加点需求: 程序能够一直运行,每次用户输入一些信息并按下回车时,打印出用户的输入。直到输入的内容为“quit”时才退出。

按照这个需求,代码实现如下:

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
char input[1024]; //假设输入长度不超过1024
const char quitStr[] = "quit";
bool quit = false;
while (false == quit) {
scanf_s("%s", input, sizeof input);
printf("user input: %s\n", input);
if (0 == memcmp(input, quitStr, sizeof quitStr)) {
quit = true;
}
}
return 0;
}

我们使用了一个while循环。在这个循环体内,不停地处理用户的输入。当输入的内容为”quit”时,循环终止条件被设置为true,循环将终止。

类比事件循环的概念

在上面这个例子中,“用户输入并按下回车”这件事情,我们可以称作一个“事件”或者“用户输入事件”,不停的去处理“事件”的这段代码,

我们可以称作“事件循环”, 也可以叫做”消息循环”,是一回事。

一般对于带UI窗口的程序来说,“事件”是由操作系统或程序框架在不同的时刻发出的。

当用户按下鼠标、敲下键盘,或者是窗口需要重新绘制的时候,计时器触发的时候,都会发出一个相应的事件。

我们把“事件循环”的代码 提炼/抽象 如下:

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function loop() {
  initialize();
bool shouldQuit = false;
while(false == shouldQuit)
{
var message = get_next_message();
   process_message(message);
if (message == QUIT)
{
shouldQuit = true;
}
  }
}

在事件循环中, 不停地去获取下一个事件,然后做出处理。直到quit事件发生,循环结束。

有“取事件”的过程,那么自然有“存储事件”的地方,要么是操作系统存储,要么是软件框架存储。

存储事件的地方,我们称作 “事件队列” Event Queue

处理事件,我们也称作 “事件分发” Event Dispatch

不同操作系统的事件循环

Windows

先来看一个Windows系统的事件循环示例(win32 API):

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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;
}
}

思路和前面介绍的一致

Linux X11窗口

有些linux系统使用X11窗口系统,看看其窗口事件循环

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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\n");
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, 有一种获取事件的机制,叫做runloop(一个NSRunLoop对象,它允许进程接收窗口服务的各种事件)

一般的Cocoa Application运行流程是,从runloop的事件队列中获取一个事件(NSEvent)

派发事件(NSEvent)到合适的对象(Object)

事件被处理完成后,再取下一个事件(NSEvent),直到应用退出.

思路也是和前面一致的。

Qt的事件循环

Qt作为一个跨平台的UI框架,其事件循环实现原理, 就是把不同平台的事件循环进行了封装,并提供统一的抽象接口。

和Qt做了类似工作的,还有glfw、SDL等等很多开源库。

QEventLoop类

QEventLoop即Qt中的事件循环类,主要接口如下:

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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是启动事件循环,调用exec以后,调用exec的函数就会被“阻塞”,直到EventLoop里面的while循环结束。

这里画个简单的示意图:

预览

exit是退出事件循环(将EventLoop中的退出标识设为true)

processEvents是及时处理队列中的事件(这个很有用,后面还会讲)。

这里有个问题,exec阻塞了当前函数,还怎么退出EventLoop呢?

答案是:在派发事件后,某个事件处理的函数中,达到事件退出条件时,调用exit函数,将EventLoop中的退出标识设为true。

预览

这样的程序运行流程,我们叫做 “事件驱动”式的程序。

QCoreApplication 主事件循环

一般的Qt程序,main函数中都有一个QCoreApplication/QGuiApplication/QApplication,并在末尾调用 exec。

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int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication app(argc, argv);
//或者QGuiApplication, 或者 QApplication
...
...
return app.exec();
}

Application类中,除去启动参数、版本等相关东西后,关键就是维护了一个QEventLoop,Application的exec就是QEventLoop的exec。

不过Application中的这个EventLoop,我们称作“主事件循环”Main EventLoop。

所有的事件分发、事件处理都从这里开始。

Application还提供了sendEvent和poseEvent两个函数,分别用来发送事件。

sendEvent发出的事件会立即被处理,也就是“同步”执行。

postEvent发送的事件会被加入事件队列,在下一轮事件循环时才处理,也就是“异步”执行。

还有一个特殊的sendPostedEvents,是将已经加入队列中的准备异步执行的事件立即同步执行。

Qt的事件分发和事件处理

以QWidget为例来说明。

QWidget是Widget框架中,大部分UI组件的基类。QWidget类拥有一些名字为xxxEvent的虚函数,比如:

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virtual void keyPressEvent(QKeyEvent *event)
virtual void keyReleaseEvent(QKeyEvent *event)

keyPressEvent就表示按键按下时的处理,keyReleaseEvent表示按键松开时的处理。

主事件循环中(注册过QWidget类之后),事件分发会在按键按下时调用QWidget的keyPressEvent函数,按键松开时调用QWidget的keyReleaseEvent函数。

重载事件

有了上面的事件处理机制,我们就可以在自己的QWidget子类中,通过重载keyPressEvent、keyReleaseEvent等等事件处理函数,做一些自定义的事件处理。

QEvent

每一个事件处理函数,都是带有参数的,这个参数是QEvent的子类,携带了各种事件的参数。比如

按键事件 void keyPressEvent(QKeyEvent *event) 中的QKeyEvent, 就包括了按下的按键值key、 count等等。

事件过滤器

Qt还提供了事件过滤机制,在事件分发之前先过滤一部分事件。

用法如下:

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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);

自定义一个QObject子类,重载eventFilter函数。之后在要过滤的QObject对象上,调用installEventFilter函数以安装过滤器上去。

过滤器函数的返回值为bool,true表示这个事件被过滤掉了,不用再往下分发了。false表示没有过滤。

事件循环的运用

processEvents不阻塞UI

我们的UI界面,要持续不断地刷新(对于QWidget就是触发paintEvent事件),以保证显示流畅、能及时响应用户输入。

一般要有一个良好的帧率,比如每秒刷新60帧, 即经常说的FPS 60, 换算一下 1000 ms/ 60 ≈ 16 ms,也就是每隔16毫秒刷新一次。

而我们有时候又需要做一些复杂的计算,这些计算的耗时远远超过了16毫秒。

在没有计算完成之前,函数不会退出(相当于阻塞),事件循环得不到及时处理,就会发生UI卡住的现象。

这种场景下,就可以使用Qt为我们提供的接口,立即处理一次事件循环,来保证UI的流畅

(后续再讨论多线程)

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//耗时操作
someWork1()
//适当的位置,插入一个processEvents,保证事件循环被处理
QCoreApplication::processEvents();

//耗时操作
someWork2()

QEventLoop模拟同步调用

经常会有这种场景: “触发 ”了某项操作,必须等该操作完成后才能进行“ 下一步 ”

比如:软件的登录界面,向服务器发起登录请求后,必须等收到服务器返回的登录数据,才知道登录结果并决定下一步如何执行。

这种场景,如果设计成异步调用,直接用Qt的信号/槽即可,如果要设计成同步调用,就可以使用本地QEventLoop

这里写段伪代码示例一下:

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bool login(const QString &userName, const QString &passwdHash, const QString &slat)
{
//声明本地EventLoop
QEventLoop loop;
bool result = false;
//先连接好信号
connect(&network, &Network::result, [&](bool r, const QString &info){
result = r;
qDebug() << info;
//槽中退出事件循环
loop.quit();
});
//发起登录请求
sendLoginRequest(userName, passwdHash, slat);
//启动事件循环。阻塞当前函数调用,但是事件循环还能运行。
//这里不会再往下运行,直到前面的槽中,调用loop.quit之后,才会继续往下走
loop.exec();
//返回result。loop退出之前,result中的值已经被更新了。
return result;
}
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为众人抱薪者,不可使其冻毙于霜雪