Qt的信号和槽机制是Qt的一大特点,实际上这是和MFC中的消息映射机制相似的东西,要完成的事情也差不多,就是发送一个消息然后让其它窗口响应,当然,这里的消息是广义的
说法,简单点说就是如何在一个类的一个函数中触发另一个类的另一个函数调用,而且还要把相关的参数传递过去.好像这和回调函数也有点关系,但是消息机制可比回调函数有用
多了,也复杂多了

MFC中的消息机制没有采用C++中的虚函数机制,原因是消息太多,虚函数开销太大.在Qt中也没有采用C++中的虚函数机制,原因与此相同.其实这里还有更深层次上的原因,大体说来,
多态的底层实现机制只有两种,一种是按照名称查表,一种是按照位置查表,两种方式各有利弊,而C++的虚函数机制无条件的采用了后者,导致的问题就是在子类很少重载基类实现
的时候开销太大,再加上象界面编程这样子类众多的情况,基本上C++的虚函数机制就废掉了,于是各家库的编写者就只好自谋生路了,说到底,这确实是C++语言本身的缺陷

示例代码：
#include <QApplication>
#include <QPushButton>
#include <QPointer>

int main(int argc, char *argv[])
{
QApplication app(argc, argv);

    QPushButton quit("Quit");
quit.resize(100, 30);
quit.show();
QObject::connect(&quit, SIGNAL(clicked()), &app, SLOT(quit()));

return app.exec();
}

这里主要是看QPushButton的clicked()信号和app的quit()槽如何连接?又是如何响应?
前面已经说过了,Qt的信号槽机制其实就是按照名称查表,因此这里的首要问题是如何构造这个表?
和C++虚函数表机制类似的,在Qt中,这个表就是元数据表,Qt中的元数据表最大的作用就是支持信号槽机制,当然,也可以在此基础上扩展出更多的功能,因为
元数据是我们可以直接访问到的,不再是象虚函数表那样被编译器遮遮掩掩的藏了起来,不过Qt似乎还没有完全发挥元数据的能力,动态属性,反射之类的机制好像还没有

任何从QObject派生的类都包含了自己的元数据模型，一般是通过宏Q_OBJECT定义的
#define Q_OBJECT \
public: \
static const QMetaObject staticMetaObject; \
virtual const QMetaObject *metaObject() const; \
virtual void *qt_metacast(const char *); \
QT_TR_FUNCTIONS \
virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); \
private:

首先声明了一个QMetaObject类型的静态成员变量,这就是元数据的数据结构

struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
...
struct { // private data
const QMetaObject *superdata;
const char *stringdata;
const uint *data;
const QMetaObject **extradata;
} d;
}
QMetaObject中有一个嵌套类封装了所有的数据
const QMetaObject *superdata;//这是元数据代表的类的基类的元数据
const char *stringdata;//这是元数据的签名标记
const uint *data;//这是元数据的索引数组的指针
const QMetaObject **extradata;//这是扩展元数据表的指针,一般是不用的       

这里的三个虚函数metaObject，qt_metacast，qt_metacall是在moc文件中定义的
metaObject的作用是得到元数据表指针
qt_metacast的作用是根据签名得到相关结构的指针,注意它返回的可是void*指针
qt_metacall的作用是查表然后调用调用相关的函数

宏QT_TR_FUNCTIONS是和翻译相关的
#  define QT_TR_FUNCTIONS \
static inline QString tr(const char *s, const char *c = 0) \
{ return staticMetaObject.tr(s, c); }

好了,看看实际的例子吧:

QPushButton的元数据表如下:
static const uint qt_meta_data_QPushButton[] = {

 // content:
1,       // revision
0,       // classname
0,    0, // classinfo
2,   10, // methods
3,   20, // properties
0,    0, // enums/sets

 // slots: signature, parameters, type, tag, flags
13,   12,   12,   12, 0x0a,
24,   12,   12,   12, 0x08,

 // properties: name, type, flags
44,   39, 0x01095103,
56,   39, 0x01095103,
64,   39, 0x01095103,

       0        // eod
};

static const char qt_meta_stringdata_QPushButton[] = {
"QPushButton\0\0showMenu()\0popupPressed()\0bool\0autoDefault\0default\0"
"flat\0"
};

const QMetaObject QPushButton::staticMetaObject = {
{ &QAbstractButton::staticMetaObject, qt_meta_stringdata_QPushButton,
qt_meta_data_QPushButton, 0 }
};

在这里我们看到了静态成员staticMetaObject被填充了
const QMetaObject *superdata;//这是元数据代表的类的基类的元数据,被填充为基类的元数据指针&QAbstractButton::staticMetaObject
const char *stringdata;//这是元数据的签名标记,被填充为qt_meta_stringdata_QPushButton
const uint *data;//这是元数据的索引数组的指针,被填充为qt_meta_data_QPushButton
const QMetaObject **extradata;//这是扩展元数据表的指针,一般是不用的,被填充为0

首先应该看qt_meta_data_QPushButton,因为这里是元数据的主要数据,它被填充为一个整数数组,正因为这里只有整数,不能有任何字符串存在,因此才有
qt_meta_stringdata_QPushButton发挥作用的机会,可以说真正的元数据应该是qt_meta_data_QPushButton加上qt_meta_stringdata_QPushButton,那么为什么
不把这两个东西合在一起呢?估计是两者都不是定长的结构,合在一起反而麻烦吧

qt_meta_data_QPushButton实际上是以以下结构开头的

struct QMetaObjectPrivate
{
int revision;
int className;
int classInfoCount, classInfoData;
int methodCount, methodData;
int propertyCount, propertyData;
int enumeratorCount, enumeratorData;
};

一般使用中是直接使用以下函数做个转换
static inline const QMetaObjectPrivate *priv(const uint* data)
{ return reinterpret_cast<const QMetaObjectPrivate*>(data); }

这种转换怎么看都有些黑客的味道,这确实是十足的C风格

再结合实际的数据看一看
static const uint qt_meta_data_QPushButton[] = {

 // content:
1,       // revision  版本号是1
0,       // classname 类名存储在qt_meta_stringdata_QPushButton中,索引是0,因此就是QPushButton了
0,    0, // classinfo  类信息数量为0,数据也是0
2,   10, // methods  QPushButton有2个自定义方法,方法数据存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是10,就是下面的slots:开始的地方
3,   20, // properties QPushButton有3个自定义属性,属性数据存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是20,就是下面的properties:开始的地方
0,    0, // enums/sets QPushButton没有自定义的枚举

 // slots: signature, parameters, type, tag, flags
13,   12,   12,   12, 0x0a,
第一个自定义方法的签名存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是13,就是showMenu()了
24,   12,   12,   12, 0x08,
第二个自定义方法的签名存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是24,popupPressed()了

 // properties: name, type, flags
44,   39, 0x01095103,  
第一个自定义属性的签名存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是44,就是autoDefault了
第一个自定义属性的类型存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是39,就是bool
56,   39, 0x01095103,  
第二个自定义属性的签名存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是56,就是default了
第二个自定义属性的类型存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是39,就是bool
64,   39, 0x01095103,  
第三个自定义属性的签名存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是64,就是flat了
第三个自定义属性的类型存储在qt_meta_data_QPushButton中,索引是39,就是bool

       0        // eod 元数据的结束标记
};

static const char qt_meta_stringdata_QPushButton[] = {
"QPushButton\0\0showMenu()\0popupPressed()\0bool\0autoDefault\0default\0"
"flat\0"
};

QPushButton\\showMenu()\popupPressed()\bool\autoDefault\default\flat\
这里把\0直接替换为\是为了数数的方便

当然我们还可以看看QPushButton的基类QAbstractButton的元数据
static const uint qt_meta_data_QAbstractButton[] = {

 // content:
1,       // revision
0,       // classname
0,    0, // classinfo
12,   10, // methods
9,   70, // properties
0,    0, // enums/sets

 // signals: signature, parameters, type, tag, flags
17,   16,   16,   16, 0x05,
27,   16,   16,   16, 0x05,
46,   38,   16,   16, 0x05,
60,   16,   16,   16, 0x25,
70,   38,   16,   16, 0x05,

 // slots: signature, parameters, type, tag, flags
89,   84,   16,   16, 0x0a,
113,  108,   16,   16, 0x0a,
131,   16,   16,   16, 0x2a,
146,   16,   16,   16, 0x0a,
154,   16,   16,   16, 0x0a,
163,   16,   16,   16, 0x0a,
182,  180,   16,   16, 0x1a,

 // properties: name, type, flags
202,  194, 0x0a095103,
213,  207, 0x45095103,
224,  218, 0x15095103,
246,  233, 0x4c095103,
260,  255, 0x01095103,
38,  255, 0x01195103,
270,  255, 0x01095103,
281,  255, 0x01095103,
295,  255, 0x01094103,

       0        // eod
};

static const char qt_meta_stringdata_QAbstractButton[] = {
"QAbstractButton\0\0pressed()\0released()\0checked\0clicked(bool)\0"
"clicked()\0toggled(bool)\0size\0setIconSize(QSize)\0msec\0"
"animateClick(int)\0animateClick()\0click()\0toggle()\0setChecked(bool)\0"
"b\0setOn(bool)\0QString\0text\0QIcon\0icon\0QSize\0iconSize\0"
"QKeySequence\0shortcut\0bool\0checkable\0autoRepeat\0autoExclusive\0"
"down\0"
};

QAbstractButton00pressed()0released()0checked0clicked(bool)0clicked()0toggled(bool)0size0setIconSize(QSize)0msec0animateClick(int)0animateClick()0click()0toggle()0setChecked(bool)0b0setOn(bool)0QString0text0QIcon0icon0QSize0iconSize0QKeySequence0shortcut0bool0checkable0autoRepeat0autoExclusive0down0

基本上都是大同小异的

  QObject::connect(&quit, SIGNAL(clicked()), &app, SLOT(quit()));
下面开始看信号和槽连接的源码了

// connect的源码
connect函数是连接信号和槽的桥梁，非常关键
bool QObject::connect(const QObject *sender, const char *signal,
const QObject *receiver, const char *method,
Qt::ConnectionType type)
{
#ifndef QT_NO_DEBUG
bool warnCompat = true;
#endif
if (type == Qt::AutoCompatConnection) {
type = Qt::AutoConnection;
#ifndef QT_NO_DEBUG
warnCompat = false;
#endif
}

 // 不允许空输入
if (sender == 0 || receiver == 0 || signal == 0 || method == 0) {
#ifndef QT_NO_DEBUG
qWarning("Object::connect: Cannot connect %s::%s to %s::%s",
sender ? sender->metaObject()->className() : "(null)",
signal ? signal+1 : "(null)",
receiver ? receiver->metaObject()->className() : "(null)",
method ? method+1 : "(null)");
#endif
return false;
}
QByteArray tmp_signal_name;

#ifndef QT_NO_DEBUG
// 检查是否是信号标记
if (!check_signal_macro(sender, signal, "connect", "bind"))
return false;
#endif
// 得到元数据类
const QMetaObject *smeta = sender->metaObject();
++signal; //skip code跳过信号标记,直接得到信号标识
// 得到信号的索引
int signal_index = smeta->indexOfSignal(signal);
if (signal_index < 0) {
// check for normalized signatures
tmp_signal_name = QMetaObject::normalizedSignature(signal).prepend(*(signal - 1));
signal = tmp_signal_name.constData() + 1;
signal_index = smeta->indexOfSignal(signal);
if (signal_index < 0) {
#ifndef QT_NO_DEBUG
err_method_notfound(QSIGNAL_CODE, sender, signal, "connect");
err_info_about_objects("connect", sender, receiver);
#endif
return false;
}
}

    QByteArray tmp_method_name;
int membcode = method[0] - '0';

#ifndef QT_NO_DEBUG
// 检查是否是槽,用QSLOT_CODE 1标记
if (!check_method_code(membcode, receiver, method, "connect"))
return false;
#endif
++method; // skip code

  // 得到元数据类
const QMetaObject *rmeta = receiver->metaObject();
int method_index = -1;
// 这里是一个case,信号即可以和信号连接也可以和槽连接
switch (membcode) {
case QSLOT_CODE:
// 得到槽的索引
method_index = rmeta->indexOfSlot(method);
break;
case QSIGNAL_CODE:
// 得到信号的索引
method_index = rmeta->indexOfSignal(method);
break;
}
if (method_index < 0) {
// check for normalized methods
tmp_method_name = QMetaObject::normalizedSignature(method);
method = tmp_method_name.constData();
switch (membcode) {
case QSLOT_CODE:
method_index = rmeta->indexOfSlot(method);
break;
case QSIGNAL_CODE:
method_index = rmeta->indexOfSignal(method);
break;
}
}

    if (method_index < 0) {
#ifndef QT_NO_DEBUG
err_method_notfound(membcode, receiver, method, "connect");
err_info_about_objects("connect", sender, receiver);
#endif
return false;
}
#ifndef QT_NO_DEBUG
// 检查参数,信号和槽的参数必须一致,槽的参数也可以小于信号的参数
if (!QMetaObject::checkConnectArgs(signal, method)) {
qWarning("Object::connect: Incompatible sender/receiver arguments"
"\n\t%s::%s --> %s::%s",
sender->metaObject()->className(), signal,
receiver->metaObject()->className(), method);
return false;
}
#endif

    int *types = 0;
if (type == Qt::QueuedConnection
&& !(types = ::queuedConnectionTypes(smeta->method(signal_index).parameterTypes())))
return false;

#ifndef QT_NO_DEBUG
{
// 得到方法的元数据
QMetaMethod smethod = smeta->method(signal_index);
QMetaMethod rmethod = rmeta->method(method_index);
if (warnCompat) {
if(smethod.attributes() & QMetaMethod::Compatibility) {
if (!(rmethod.attributes() & QMetaMethod::Compatibility))
qWarning("Object::connect: Connecting from COMPAT signal (%s::%s).", smeta->className(), signal);
} else if(rmethod.attributes() & QMetaMethod::Compatibility && membcode != QSIGNAL_CODE) {
qWarning("Object::connect: Connecting from %s::%s to COMPAT slot (%s::%s).",
smeta->className(), signal, rmeta->className(), method);
}
}
}
#endif
// 调用元数据类的连接
QMetaObject::connect(sender, signal_index, receiver, method_index, type, types);
// 发送连接的通知,现在的实现是空的
const_cast<QObject*>(sender)->connectNotify(signal - 1);
return true;
}

检查信号标记其实比较简单,就是用signal的第一个字符和用QSIGNAL_CODE=2的标记比较而已
static bool check_signal_macro(const QObject *sender, const char *signal,
const char *func, const char *op)
{
int sigcode = (int)(*signal) - '0';
if (sigcode != QSIGNAL_CODE) {
if (sigcode == QSLOT_CODE)
qWarning("Object::%s: Attempt to %s non-signal %s::%s",
func, op, sender->metaObject()->className(), signal+1);
else
qWarning("Object::%s: Use the SIGNAL macro to %s %s::%s",
func, op, sender->metaObject()->className(), signal);
return false;
}
return true;
}

得到信号的索引实际上要依次找每个基类的元数据,得到的偏移也是所有元数据表加在一起后的一个索引
int QMetaObject::indexOfSignal(const char *signal) const
{
int i = -1;
const QMetaObject *m = this;
while (m && i < 0) {
// 根据方法的数目倒序的查找
for (i = priv(m->d.data)->methodCount-1; i >= 0; --i)
// 得到该方法的类型
if ((m->d.data[priv(m->d.data)->methodData + 5*i + 4] & MethodTypeMask) == MethodSignal
&& strcmp(signal, m->d.stringdata
// 得到方法名称的偏移
+ m->d.data[priv(m->d.data)->methodData + 5*i]) == 0) {
//如果找到了正确的方法,再增加所有基类的方法偏移量
i += m->methodOffset();
break;
}
// 在父类中继续找
m = m->d.superdata;
}
#ifndef QT_NO_DEBUG
// 判断是否于基类中的冲突
if (i >= 0 && m && m->d.superdata) {
int conflict = m->d.superdata->indexOfMethod(signal);
if (conflict >= 0)
qWarning("QMetaObject::indexOfSignal:%s: Conflict with %s::%s",
m->d.stringdata, m->d.superdata->d.stringdata, signal);
}
#endif
return i;
}

// 这里是所有基类的方法偏移量算法,就是累加基类所有的方法数目
int QMetaObject::methodOffset() const
{
int offset = 0;
const QMetaObject *m = d.superdata;
while (m) {
offset += priv(m->d.data)->methodCount;
m = m->d.superdata;
}
return offset;
}

// 得到方法的元数据
QMetaMethod QMetaObject::method(int index) const
{
int i = index;
// 要减去基类的偏移
i -= methodOffset();
// 如果本类找不到,就到基类中去找
if (i < 0 && d.superdata)
return d.superdata->method(index);

 // 如果找到了,就填充QMetaMethod结构
QMetaMethod result;
if (i >= 0 && i < priv(d.data)->methodCount) {
// 这里是类的元数据
result.mobj = this;
// 这里是方法相关数据在data数组中的偏移量
result.handle = priv(d.data)->methodData + 5*i;
}
return result;
}

bool QMetaObject::connect(const QObject *sender, int signal_index,
const QObject *receiver, int method_index, int type, int *types)
{
// 得到全局的连接列表
QConnectionList *list = ::connectionList();
if (!list)
return false;
QWriteLocker locker(&list->lock);
// 增加一个连接
list->addConnection(const_cast<QObject *>(sender), signal_index,
const_cast<QObject *>(receiver), method_index, type, types);
return true;
}

void QConnectionList::addConnection(QObject *sender, int signal,
QObject *receiver, int method,
int type, int *types)
{
// 构造一个连接
QConnection c = { sender, signal, receiver, method, 0, 0, types };
c.type = type; // don't warn on VC++6
int at = -1;
// 如果有中间被删除的连接,可以重用这个空间
for (int i = 0; i < unusedConnections.size(); ++i) {
if (!connections.at(unusedConnections.at(i)).inUse) {
// reuse an unused connection
at = unusedConnections.takeAt(i);
connections[at] = c;
break;
}
}
if (at == -1) {
// append new connection
at = connections.size();
// 加入一个连接
connections << c;
}
// 构造sender,receiver连接的哈希表,加速搜索速度
sendersHash.insert(sender, at);
receiversHash.insert(receiver, at);
}

通过connect函数,我们建立了信号和槽的连接,并且把信号类+信号索引+槽类,槽索引作为记录写到了全局的connect列表中

一旦我们发送了信号,就应该调用相关槽中的方法了,这个过程其实就是查找全局的connect列表的过程,当然还要注意其中要对相关的参数打包和解包

// emit是发送信号的代码
void Foo::setValue(int v)
{
if (v != val)
{
val = v;
emit valueChanged(v);
}
}

// 发送信号的真正实现在moc里面
// SIGNAL 0
void Foo::valueChanged(int _t1)
{
// 首先把参数打包
void *_a[] = { 0, const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void*>(&_t1)) };
// 调用元数据类的激活
QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, _a);
}

void QMetaObject::activate(QObject *sender, const QMetaObject *m, int local_signal_index,
void **argv)
{
// 增加一个基类偏移量
int offset = m->methodOffset();
activate(sender, offset + local_signal_index, offset + local_signal_index, argv);
}

void QMetaObject::activate(QObject *sender, int from_signal_index, int to_signal_index, void **argv)
{
// 这里得到的是QObject的数据,首先判断是否为阻塞设置
if (sender->d_func()->blockSig)
return;

 // 得到全局链表
QConnectionList * const list = ::connectionList();
if (!list)
return;

    QReadLocker locker(&list->lock);

    void *empty_argv[] = { 0 };
if (qt_signal_spy_callback_set.signal_begin_callback != 0) {
locker.unlock();
qt_signal_spy_callback_set.signal_begin_callback(sender, from_signal_index,
argv ? argv : empty_argv);
locker.relock();
}

 // 在sender的哈希表中得到sender的连接
QConnectionList::Hash::const_iterator it = list->sendersHash.find(sender);
const QConnectionList::Hash::const_iterator end = list->sendersHash.constEnd();

    if (it == end) {
if (qt_signal_spy_callback_set.signal_end_callback != 0) {
locker.unlock();
qt_signal_spy_callback_set.signal_end_callback(sender, from_signal_index);
locker.relock();
}
return;
}

    QThread * const currentThread = QThread::currentThread();
const int currentQThreadId = currentThread ? QThreadData::get(currentThread)->id : -1;

 // 记录sender连接的索引
QVarLengthArray<int> connections;
for (; it != end && it.key() == sender; ++it) {
connections.append(it.value());
// 打上使用标记,因为可能是放在队列中
list->connections[it.value()].inUse = 1;
}

    for (int i = 0; i < connections.size(); ++i) {
const int at = connections.constData()[connections.size() - (i + 1)];
QConnectionList * const list = ::connectionList();
// 得到连接
QConnection &c = list->connections[at];
c.inUse = 0;
if (!c.receiver || (c.signal < from_signal_index || c.signal > to_signal_index))
continue;

  // 判断是否放到队列中
// determine if this connection should be sent immediately or
// put into the event queue
if ((c.type == Qt::AutoConnection
&& (currentQThreadId != sender->d_func()->thread
|| c.receiver->d_func()->thread != sender->d_func()->thread))
|| (c.type == Qt::QueuedConnection)) {
::queued_activate(sender, c, argv);
continue;
}

  // 为receiver设置当前发送者
const int method = c.method;
QObject * const previousSender = c.receiver->d_func()->currentSender;
c.receiver->d_func()->currentSender = sender;
list->lock.unlock();

        if (qt_signal_spy_callback_set.slot_begin_callback != 0)
qt_signal_spy_callback_set.slot_begin_callback(c.receiver, method, argv ? argv : empty_argv);

#if defined(QT_NO_EXCEPTIONS)
c.receiver->qt_metacall(QMetaObject::InvokeMetaMethod, method, argv ? argv : empty_argv);
#else
try {
// 调用receiver的方法
c.receiver->qt_metacall(QMetaObject::InvokeMetaMethod, method, argv ? argv : empty_argv);
} catch (...) {
list->lock.lockForRead();
if (c.receiver)
c.receiver->d_func()->currentSender = previousSender;
throw;
}
#endif

        if (qt_signal_spy_callback_set.slot_end_callback != 0)
qt_signal_spy_callback_set.slot_end_callback(c.receiver, method);

        list->lock.lockForRead();
if (c.receiver)
c.receiver->d_func()->currentSender = previousSender;
}

    if (qt_signal_spy_callback_set.signal_end_callback != 0) {
locker.unlock();
qt_signal_spy_callback_set.signal_end_callback(sender, from_signal_index);
locker.relock();
}
}

// 响应信号也是在moc里实现的
int Foo::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
// 首先在基类中调用方法,返回的id已经变成当前类的方法id了
_id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
if (_id < 0)
return _id;
if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
switch (_id) {
// 这里就是真正的调用方法了,注意参数的解包用法
case 0: valueChanged(*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1])); break;
case 1: setValue(*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1])); break;
}
_id -= 2;
}
return _id;
}