Qt:避免QRunnable和QObject多重继承
本文介绍了Qt中QRunnable的轻量级线程实现方案。针对传统多重继承QRunnable和QObject带来的开销问题,提出使用QMetaObject::invokeMethod的解决方案。文章首先分析QRunnable的优缺点,指出其轻量特性但缺乏信号槽支持的局限。然后详细说明如何通过Q_INVOKABLE宏标记函数,利用QMetaObject实现跨线程调用。最后给出进阶方案:通过回调函数指针和std::function实现类型自适应的动态调用,既保持QRunnable的轻量特性,又解决了信号槽通信问题

前言
Qt中主要存在三种使用线程的方式,分别是QThread,QRunnable和moveToThread。其中QThread的使用场景主要是简单的独立任务,或不需频繁交互的耗时操作,QRunnable的使用场景主要是复杂的、需长时间运行并与主线程频繁交互的后台服务,而moveToThread的使用场景则是大量独立、无状态的短期任务。本篇文章主要是讲解QRunnable,而由于大多数博客在使用的时候都是采用多重继承的方式继承了QRunnable和QObject,这种方式并没有保持QRunnable轻量的特性。故此本篇文章将解决这个问题,使用QMetaObject单独继承QRunnable。
简单介绍QRunnable
在讲解解决方案之前,先了解一下QRunnable。
1.QRunnable的核心优势是极致的轻量,内存与性能开销小,代码复杂度低
2.QRunnable的缺点是不属于QObject的子类,导致不能使用信号槽
3.QRunnable的使用场景是大量、独立、生命周期短的计算密集型任务
如何使用QRunnable
对于如何使用QRunnable,以下是示例代码(不保证能运行):
//----------第一步,自定义类型继承自QRunnable-----------#include <QRunnable>class Task : public QRunnable{public: explicit Task(){ setAutoDelete(true); // 自动删除对象 } void run(){ qDebug() << "WildPointer"; }};//----------第而步,创建对象使用线程池启动线程-----------int main(int argc, char *argv[]){ Task *test = new Task(); QThreadPool::globalInstance()->start(task); // 使用全局线程池激活线程}为什么要继承QObject
大多数Qt开发者习惯使用信号槽的方式去通知其他对象事件处理的结束,当然我们也可以使用全局对象,共享内存,锁等方式实现,但是在Qt下能使用信号槽实现相同的功能,代码简单容易实现何乐而不为呢?但是由于QRunnable并不是QObject的子类,所以单独继承QRunnable不能使用信号槽,于是大多数情况便采用多重继承的方式同时继承QRunnable和QObject。这种实现方式并不能保持QRunnable轻量级减少开销,而且还必须将 QObject写在继承列表的第一个位置才能正确正确的生成元对象代码,否则会在编译时报错。
#include <QObject>#include <QRunnable>// 同时继承QRunnable和QObjectclass Task : public QObject, public QRunnable{ Q_OBJECTpublic: explicit Task(QObject *parent = nullptr); void run() override;};如何避免多重继承QRunnable和QObject
为了避免同时继承QRunnable和QObjet,将采用QMetaObject::invokeMethod。该函数的原理如图所示:

图1.QMetaObject::invokeMethod调用原理
在使用QMetaObject::invokeMethod调用函数之前,需要将被调用的函数使用Q_INVOKABLE宏来声明。Q_INVOKABLE关键字是一个宏,用于标记一个普通的C++成员函数,使其能够被Qt的元对象系统识别,从而能被QMetaObject::invokeMethod进行动态调用。具体的使用Q_INVOKABLE的代码如下:
// 使用Q_INVOKABLE声明函数Q_INVOKABLE void Function(QString str);// 函数实现Q_INVOKABLE void Function(QString str){ qDebug() << str;}在我们使用Q_INVOKABLE声明被调用的函数以后,我们需要在继承自QRunnable类型中使用QMetaObject::invokeMethod调用。具体步骤如下:
1.继承QRunnable类型并且在构造函数中添加父类作为形参
#include <QObject>#include <QRunnable>class WildPointer : public QRunnable{private: QObject m_Obj = nullptr; // 调用对象public: ~ WildPointer(); void run() override; // 大多数Qt中的类型都继承自QObject,所以此处使用QObject作示例 explicit WildPointer(QObject *parent);};// 构造函数的实现WildPointer::WildPointer(QObject* parent) , m_Obj(parent){ setAutoDelete(true);}2.在需要调用外部函数的时候,使用QMetaObject::invokeMethod
void WildPointer::Function() { // 调用被 Q_INVOKABLE 标记的函数 QMetaObject::invokeMethod(m_Obj, "Function", Qt::AutoConnection, Q_ARG(QString, QString("WildPointer")));}QMetaObject::invokeMethod进阶版
当我们调用继承自QRunnable类型的对象变多的时候,类型可能也会不同。此时我们需要针对不同的类型调用对应类型中使用Q_INVOKABLE宏声明的函数,这个时候我们单独写一条QMetaObject::invokeMethod函数调用会导致很难对很多类型都做适配,于是我们可以对传入的类对象进行判断,执行不同类中的函数,具体修改如下:
1.在继承自QRunnable类的类型中定义回调函数指针
#include <QObject>#include <QRunnable>#include <functional>class WildPointer : public QRunnable{private: QObject m_Obj = nullptr; // 调用对象 std::function<void(bool, QString)> m_OnResult; // 回调函数public: ~ WildPointer(); void run() override; // 大多数Qt中的类型都继承自QObject,所以此处使用QObject作示例 explicit WildPointer(QObject *parent);};// 构造函数的实现WildPointer::WildPointer(QObject* parent) , m_Obj(parent){ setAutoDelete(true);}2.定义设置回调函数的接口
// 设置结果回调void WildPointer::setOnResultCallback(std::function<void(bool, QString)> callback) { m_OnResult = std::move(callback);}3.通过QMetaObject::invokeMethod调用回调函数
void WildPointer::ReturnResultMessage(bool state, QString message) { if (m_fpObj) { // 将回调切回创建者线程执行,确保线程安全 QMetaObject::invokeMethod(m_Obj, [callback = m_OnResult, result = state, msg = std::move(message)](){ if (callback) { callback(result, msg); } }, Qt::AutoConnection); }}PS:通过进阶版的示例,我们可以实现一个供任意对象调用的模块,并且动态的调用每一个对象中的函数,实现所谓的反射