Qt中的线程编程

在基于操作系统的程序设计中，在处理多任务时，可以有多种方法，但效率较高的当属线程方式，下面就来讨论一下在Qt中如何实现线程编程。

先来说一下什么是线程。线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位，一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源，如虚拟地址空间，文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈，自己的寄存器环境，自己的线程本地存储。在多核或多CPU，或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见，即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上，使用多线程技术，也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行，从而提高了程序的执行效率。 

下面就以一个时钟显示的程序来说明在Qt中如何使用线程。在时间显示中，由于显示需要重复不断地刷新，所以可把它放在一个线程中，以节约主线程的资源。本程序基于Qt4.8.7版本制作，程序运行后的界面如下所示。

 

制作的具体过程如下：

1、启动Qt Creator开发环境，然后点击“New Project”新建项目，会弹出如下所示的对话框。

2、按上图中的默认选项，点击“Choose...”按钮，会弹出下面的对话框。

3、在上图的对话框中，可设置项目的名称和存储的位置，可按自己要求更改或按默认值（注意路径中不要包含中文），点击“下一步”按钮，出现下面的界面。

4、上面的界面为已配置好的环境，可直接点击“下一步”按钮，出现下面的界面。

5、在以上对话框中，可更改项目的细节，可按自己要求更改或按默认值，点击“下一步”按钮，出现下面的界面。

6、在图中直接点击“完成”按钮，结束项目新建的过程，最后得到如下图所示的开发环境。

7、在上图中，单击“项目”中的最后一项“界面文件”左边的箭头，展开该项的内容，然后双击其下的名为“mainwindow.ui”的界面文件，会打开界面设计窗口，如下图所示。

8、在设计界面中，默认有一个空的窗体，现在在左边的控件框中往下找到“Display Widgets”类，然后在其下找到“LCD Number”控件，并把它拖曳至窗体的中央，把长度设置为200像素，高度为60像素，如下图所示。

9、上述设计完成后，点击最左边工具条上的“编辑”切换到程序设计界面，展开“源文件”项，双击主窗体文件“mainwindow.cpp”把它打开，如下图所示。

10、在主程序中，加入对显示控件“LCD Number”的配置，修改后的主函数如下所示： 

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent),
ui(new Ui::MainWindow)
{
ui->setupUi(this);
ui->lcdNumber->setDigitCount(8); //设置lcd里面的个数，格式是hh：mm：ss，总的是八个。所以设置为8
ui->lcdNumber->setFixedSize(220, 60); //设置大小
ui->lcdNumber->setPalette(Qt::cyan); //设置颜色
ui->lcdNumber->setSegmentStyle(QLCDNumber::Flat); //设置LCD字符为平面显示，无立体感
ui->lcdNumber->setStyleSheet("border: 1px solid black; color: black; background: silver;"); //设置LCD样式
TimeshowThread = new timeshowThread; //新建时间处理线程
connect(TimeshowThread, SIGNAL(sendTime(QString)), this, SLOT(displayTime(QString))); //连接时间显示槽函数
TimeshowThread->start();  //启动线程
}

11、然后加入一个新的函数，内容如下：

void MainWindow::displayTime(QString time) //时间显示槽函数
{
ui->lcdNumber->display(time);
}

12、改好的主程序界面如下所示。

13、 接下来点击“项目”中的“头文件”左边箭头展开该项，双击头文件“mainwindow.h”把它打开，如下图所示。

14、在上述头文件中，加入时间显示槽函数的申明，修改后的头文件如下所示： 

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
#include <QMainWindow>
#include "timeshowthread.h"  //新加入线程程序的头文件
namespace Ui {
class MainWindow;
}
class MainWindow : public QMainWindow
{
Q_OBJECT
public:
explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
~MainWindow();
private:
Ui::MainWindow *ui;
timeshowThread *TimeshowThread;  //新建时间显示线程
private slots:
void displayTime(QString);  //新加入的槽函数申明
};
#endif // MAINWINDOW_H

15、接下来要新建线程文件，在左边的“源文件”上点击右键，选择“添加新文件...”一项，会弹出如下图的对话框。

16、在上图中选择“C++Source File”一项，然后点击“Choose...”按钮，会弹出如下对话框。

17、在上图中填入新建的线程程序文件名称，这里填入“timeshowthread”，然后点击“下一步”按钮，会弹出如下对话框。

18、在上图中点击“完成”按钮，得到的界面如下所示。 

19、在线程文件timeshowthread.cpp中加入以下内容：

#include "timeshowthread.h"
#include <QTime>
timeshowThread::timeshowThread()
{

}
void timeshowThread::run() //线程程序
{
while(1)
{
QDateTime current_date_time = QDateTime::currentDateTime(); //获取当前时间
QString current_time = current_date_time.toString("hh:mm:ss"); //格式化
emit sendTime(current_time); //发射信号
msleep(20); //延时
}
}

20、接下来新建线程头文件，在左边的“头文件”上点击右键，选择“添加新文件...”一项，会弹出如下图的对话框。 

21、在上图中选择“C++Header File”一项，然后点击“Choose...”按钮，会弹出如下对话框。

22、在上图中填入新建的线程程序头文件名称，这里填入“timeshowthread”（要与线程程序名称一致），然后点击“下一步”按钮，会弹出如下对话框。

23、在上图中点击“完成”按钮，得到的界面如下所示。

24、在线程头文件timeshowthread.h中加入以下内容：

#ifndef TIMESHOWTHREAD_H
#define TIMESHOWTHREAD_H
#include <QThread>
#include <QString>
class timeshowThread : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
timeshowThread();　　//申明线程函数
signals:
void sendTime(QString);  //申明信号发送函数
protected:
void run();　　//申明线程执行函数
public slots:
};
#endif // TIMESHOWTHREAD_H

25、保存所有文件，点击运行按钮运行程序，将得到如前面所示的时钟界面。（注：程序能否正常运行还取决于开发环境的配置）

接下来简要说明一下线程的创建原理。

在Qt中提供有QThread类，要创建一个新的线程，只需定义一个类（如上述头文件timeshowthread.h中定义的timeshowThread），让其继承QThread类即可。然后使用自己创建的类（如timeshowThread）实例化一个对象，也就是用该类创建一个变量（如上述头文件mainwindow.h中的timeshowThread *TimeshowThread;一句及主程序文件mainwindow.cpp中的TimeshowThread = new timeshowThread;一句）。在QThread类中有一个虚函数QThread::run()，要实现自己的线程代码只需要重写该函数即可。最后，通过QThread类中的start()函数可启动这个线程（如TimeshowThread->start();）。另外，由于本例中只进行时间的显示一个任务，所示没有线程结束的操作，时间显示线程将同主线程（UI线程）一起结束。若要进行线程结束的操作，可执行“TimeshowThread->terminate();”即可。

在上面的例子中，还定义了一个信号sendTime(QString)和一个槽函数displayTime(QString time)，并把两个量联系在一起（执行connect(TimeshowThread, SIGNAL(sendTime(QString)), this, SLOT(displayTime(QString)));一句）。这样一来， 当在线程中获取了当前时间量后，通过执行“emit sendTime(current_time);”一句，把当前时间量通过信号发送给槽函数displayTime，然后在槽函数中进行显示（执行ui->lcdNumber->display(time);一句）。在线程程序中，通过死循环来不断更新获取当前的时间量，并通过信号发送给槽函数进行显示，这样一来，由于死循环放在了线程中，并不会拖累主线程。但是，虽然死循环放在线程中，但也不能执行的太“满”，否则还是会占用过多的CPU资源，所以在上面的实例中，还是进行了一定时间的休眠（如执行msleep(20);一句）。这里要强调一点，具体休眠多长时间应根据实际的运行情况而定，因为线程通过操作系统来调度，所以休眠时间并不精确，并且休眠时间应以不过度消耗CPU资源为佳（当然，在此例中，由于时间以秒来更新，所以休眠最长可取1秒）。