信号和槽是如何在底层实现的？

Question

这个问题已经在这个论坛中被问过，但我不理解这个概念。

我读了一些资料，似乎信号和槽使用函数指针来实现，也就是说信号是一个大的函数，在其中调用所有连接的槽（函数指针）。这是正确的吗？生成的 moc 文件在整个过程中扮演着什么角色？我不明白信号函数如何知道要调用哪些槽，即哪些槽与此信号相连。

感谢您的时间

- user152508

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好问题。另请参阅：http://stackoverflow.com/questions/1413777/how-boost-implements-signals-and-slots - elcuco

Answer 1

Qt以类似解释型语言的方式实现这些功能。也就是说，它构建符号表来映射信号名称到函数指针，并在需要时维护并通过函数名查找函数指针。

每次发出信号（即写入

emit something();

实际上，你调用了something()函数，它是由元对象编译器自动生成并放置在一个*.moc文件中。在这个函数内部，检查了此信号当前连接到哪些槽，并通过符号表（如上所述）顺序调用适当的槽函数（这些函数是你在自己的源代码中实现的）。而像emit这样的Qt特定关键字，在生成*.moc文件之后被C++预处理器丢弃。实际上，在Qt头文件之一qobjectdefs.h中存在这样的代码行：

#define slots 
#define signals protected
#define emit

connect函数只是修改*.moc文件中维护的符号表，并且传递给它的参数（使用SIGNAL()和SLOT宏）也经过预处理以匹配这些表。

这是总体思路。在他或她的另一个回答中，ジョージ向我们提供了链接，指向trolltech邮件列表和关于这个主题的另一个SO问题。

- P Shved

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基本上正确，你可以在发射处设置断点，然后逐步执行信号传递过程。虽然信号通常是直接传递的，但有时需要排队，特别是当你想连接两个不同线程中的对象时。 - Harald Scheirich

Answer 2

我认为我应该添加以下内容。

有另一个相关的问题 - 以及一篇非常好的文章，可以被视为对它的回答进行相当详细的扩展; 这篇文章在这里, 代码语法高亮得到改进(虽然仍不完美)。

这是我简短的转述，可能会出现错误)

基本上，当我们在类定义中插入Q_OBJECT宏时，预处理器将其扩展为静态QMetaObject实例声明，这个声明将被同一类的所有实例共享：

class ClassName : public QObject // our class definition
{
    static const QMetaObject staticMetaObject; // <--= Q_OBJECT results to this

    // ... signal and slots definitions, other stuff ...

}

在初始化时，该实例将存储信号和插槽的签名（"methodname(argtype1,argtype2)"），这将允许实现indexOfMethod()调用，它通过方法的签名字符串返回方法的索引：

struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{    
    // ... skip ...
    int indexOfMethod(const char *method) const;
    // ... skip ...
    static void activate(QObject *sender, int signal_index, void **argv);
    // ... skip ...
    struct { // private data
        const QMetaObject *superdata; // links to the parent class, I guess
        const char *stringdata; // basically, "string1\0string2\0..." that contains signatures and other names 
        const uint *data; // the indices for the strings in stringdata and other stuff (e.g. flags)
        // skip
    } d;
};

现在，当moc为Qt类头文件headername.h创建moc_headername.cpp文件时，它会在那里放置签名字符串和其他数据以便正确初始化d结构，并使用此数据编写staticMetaObject单例的初始化代码。另一个重要的事情是生成对象的qt_metacall()方法的代码，该方法获取对象的方法ID和参数指针数组，并通过长的switch调用该方法。

int ClassName::qt_metacall(..., int _id, void **_args)
{
    // ... skip ...
    switch (_id) {
        case 0: signalOrSlotMethod1(_args[1], _args[2]); break; // for a method with two args
        case 1: signalOrSlotMethod2(_args[1]); break; // for a method with a single argument
        // ... etc ...
    }
    // ... skip ...
}

最后，对于每个信号，moc 会生成一个实现，其中包含一个 QMetaObject::activate() 调用：

void ClassName::signalName(argtype1 arg1, argtype2 arg2, /* ... */)
{
    void *_args[] = { 0, // this entry stands for the return value
                      &arg1, // actually, there's a (void*) type conversion
                      &arg2, // in the C++ style
                      // ...
                    };
    QMetaObject::activate( this, 
                           &staticMetaObject, 
                           0, /* this is the signal index in the qt_metacall() map, I suppose */ 
                           _args
                         );
}

最后，connect() 调用将字符串方法签名转换为它们的整数 id（由 qt_metacall() 使用的 id），并维护信号与槽连接的列表；当发出信号时，activate() 代码会遍历此列表，并通过其 qt_metacall() 方法调用适当的对象“槽”。

总之，静态的 QMetaObject 实例存储“元信息”（方法签名字符串等），生成的 qt_metacall() 方法提供了“方法表”，允许通过索引调用任何信号/槽，由 moc 生成的信号实现使用这些索引通过 activate()，最后 connect() 执行维护信号到槽索引映射列表的工作。

*注意：当我们想在不同线程之间传递信号时，这种方案会有一些复杂性（我怀疑必须查看 blocking_activate() 代码），但我希望总体思想保持不变)

这是我对链接文章的非常粗略的理解，可能是错误的，所以我建议直接去阅读它)

附注：由于我想提高自己对Qt实现的理解，请让我知道我叙述中任何不一致的地方！

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由于我的另一个（早期的）答案被一些热心的编辑删除了，我将在此附上文本（我错过了一些细节，这些细节没有在Pavel Shved的帖子中包含，而我怀疑删除答案的人并不关心。）

@Pavel Shved：

我非常确定在Qt头文件中的某个地方存在一行：

#define emit

只是为了确认：通过Google Code Search在旧的Qt代码中找到了它。很可能它仍然存在); 找到的位置路径是：

ftp://ftp.slackware-brasil.com.br› slackware-7.1› contrib› kde-1.90› qt-2.1.1.tgz› usr› lib› qt-2.1.1› src› kernel› qobjectdefs.h

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另一个补充链接：http://lists.trolltech.com/qt-interest/2007-05/thread00691-0.html -- 参见 Andreas Pakulat 的回答。

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以下是答案的另一部分: Qt问题：信号和槽如何工作？

- ジョージ