QT 线程 QThread QT5.12.3环境 C++实现

一、线程

   QT主线程称为GUI线程，负责初始化界面并监听事件循环，并根据事件处理做出界面上的反馈。如果把一些比较复杂或者费时的操作放在主线程中，界面就会出现卡顿或者无响应的现象。一般主线程负责影响界面上的操作， 子线程负责负责费时的数据处理。

二、使用多线程有什么好处

1. 提高应用界面的响应速度。

        这对于开发图形界面程序尤其重要，当一个操作耗时很长时（比如大批量I/O或大量矩阵变换等CPU密集操作），整个系统都会等待这个操作，程序就不能响应键盘、鼠标、菜单等操作，而使用多线程技术可将耗时长的操作置于一个新的线程，从而不会影响到主GUI线程，从而避免上述问题。

2. 使多核心CPU系统更加有效。

        当线程数不大于CPU核数时，操作系统可以调度不同的线程运行于不同的CPU核上。

3. 改善程序结构。

        一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为独立或半独立的运行部分，这样有利于程序的理解和维护。

界面操作只能由主线程来操作，其他线程负责处理复杂数据.

三、QThread类常用的方法

Public Functions
	QThread(QObject *parent = 0) //构造函数  //pthread_create
	bool isFinished() const  //判断线程是否退出
	bool	wait(unsigned long time = ULONG_MAX)   //pthread_join(&id)
	//等待某个线程结束，最多等待time ms，如果时间没有设置，那么永远等待。

Public Slots
	void	start(Priority priority = InheritPriority)  //启动线程必须使用start
	void	terminate()-->杀死线程  //pthread_cancel

Static Public Members
	Qt::HANDLE	currentThreadId() [static] //得到当前执行者线程ID，可以直接qDebug
	void	sleep(unsigned long secs) [static]
	void	msleep(unsigned long msecs) [static]
	void	usleep(unsigned long usecs) [static]

	睡眠函数不能在主线程调用，会造成界面卡死。

Protected Functions	
	virtual void run();  //启动新线程不能直接调用run，需要调用start接口，
						//start会启动新线程，然后执行run里的代码块。

四、重写run方法创建线程步骤

1、自定义类继承于QThread。

2、重写 run 函数，run函数内有一个 while 或 for 的循环:执行耗时操作。

3、在主线程中，创建自定类类型的对象，调用start方法启动线程， run方法就是新线程的入口函数。

4、主线程通过调用子线程的公有方法传递参数给子线程。

5、子线程通过信号与槽传递参数给主线程。

6、通过quit+wait方法，通知线程退出，回收线程资源。但wait是一个阻塞方法，如果线程没有退出，wait阻塞等待。一般子线程会设置一个标记为来控制循环的退出，并提供一个公有方法设置标记值。当通知线程退出时，在主线程中调用设置标志的公有方法，将循环条件设为假，线程退出，这时wait回收子线程资源不会造成阻塞。

7、关闭窗口时，要对其他子线程进行管理. 关闭窗口时，窗口会发出destroyed信号，可以通过连接该信号来管理子线程。在QT6中，可能不执行这个信号的槽方法，可以通过重现closeEvent事件来处理。

案例需求：在子线程中， 1秒中输出1个整型的数字， 将数字传到主线程， 在主线程的Label中显示。

代码：

mtthread.h

#ifndef MTTHREAD_H
#define MTTHREAD_H

#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QDebug>
class MtThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit MtThread(QObject *parent = nullptr);
    void run();
    void set_flag(int flag);
signals:
    void my_signal(int n);
public slots:

private:
    int flag = 1;
};

#endif // MTTHREAD_H

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include "mtthread.h"
namespace Ui {
class Widget;
}

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
private slots:
    void on_pushButton_clicked();

    void on_pushButton_2_clicked();

    void my_signal_slot(int n);

private:
    Ui::Widget *ui;
    MtThread *thread;
};

#endif // WIDGET_H

mtthread.cpp

#include "mtthread.h"

MtThread::MtThread(QObject *parent) : QThread(parent)
{

}

void MtThread::run()
{
    static int n = 0;
    qDebug()<<"current thread:"<<QThread::currentThread();
    while(flag){
        qDebug()<<"n = "<<n++;
        emit my_signal(n); // 发送信号
        sleep(1);
    }
}

void MtThread::set_flag(int flag)
{
    this->flag = flag;
}

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    thread = new MtThread(this);
    qDebug()<<"main thread:"<<QThread::currentThread();

    connect(this,&Widget::destroyed,this,&Widget::on_pushButton_2_clicked); // 直接点击 X 也能销毁线程
    connect(thread,&MtThread::my_signal,this,&Widget::my_signal_slot);
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    thread->start(); // 启动线程
}

void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    thread->quit(); // (通知)线程退出 (如果任务没做完不会结束!)
    // 线程结束的条件 --> run()运行结束 --> 循环条件为假
    thread->set_flag(0);
    thread->wait(); // 回收线程资源,如果线程没有退出，wait()是一个阻塞函数
    this->close();
}

void Widget::my_signal_slot(int n)
{
    ui->label->setText(QString::number(n));
}

输出：

五、moveToThread方法创建线程步骤

1、自定义类继承于QObject, 实现线程的入口函数，方法名自定义。

2、主线程中实例化自定义类对象和QThread类型的对象。

3、将自定义对象移动到QThread线程中。

4、启动线程， 必须通过信号与槽，让自定义类类型对象调用相应的方法，这个方法就是放到线程中执行(注意：启动线程调用start方法，在这个方法中会发送started信号)。

5、主线程通过调用子线程的公有方法传递参数给子线程。

6、子线程通过信号与槽传递参数给主线程。

7、通过quit+wait方法，通知线程退出，回收线程资源。但wait是一个阻塞方法，如果线程没有退出，wait阻塞等待。一般子线程会设置一个标记为来控制循环的退出，并提供一个公有方法设置标记值。当通知线程退出时，在主线程中调用设置标志的公有方法，将循环条件设为假，线程退出，这时wait回收子线程资源不会造成阻塞。

8、关闭窗口时，要对其他子线程进行管理. 关闭窗口时，窗口会发出destroyed信号，可以通过连接该信号来管理子线程。在QT6中，可能不执行这个信号的槽方法，可以通过重现closeEvent事件来处理。

案例需求：在子线程中， 1秒中输出1个整型的数字， 将数字传到主线程， 在主线程的Label中显示。

代码：

mytask.h

#ifndef MYTASK_H
#define MYTASK_H

#include <QObject>
#include <QDebug>
#include <QThread>
class MyTask : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit MyTask(QObject *parent = nullptr);
    void thread_task();
    void set_flag(int flag);
signals:
    void my_signal(int n);
public slots:

private:
    int flag = 1;
};

#endif // MYTASK_H

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include "mytask.h"

namespace Ui {
class Widget;
}

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();

private slots:
    void on_pushButton_clicked();

    void on_pushButton_2_clicked();

private:
    Ui::Widget *ui;
    QThread *thread;
    MyTask *task;
};

#endif // WIDGET_H

mytask.cpp

#include "mytask.h"

MyTask::MyTask(QObject *parent) : QObject(parent)
{

}

void MyTask::thread_task()
{
    static int n = 0;
    while(flag){
        qDebug()<<"n = "<<n++;
        emit my_signal(n);
        QThread::sleep(1);
    }
}

void MyTask::set_flag(int flag)
{
    this->flag = flag;
}

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    thread = new QThread(this);
    qDebug()<<"main thread:"<<QThread::currentThread();

    task = new MyTask; // 不能指定父对象

    task->moveToThread(thread); // 把task移动到thread线程中
    connect(thread,&QThread::started,task,&MyTask::thread_task); // 不能直接调用MyTask里的函数，只能通过槽连接
     connect(this,&Widget::destroyed,this,&Widget::on_pushButton_2_clicked); // 直接点击 X 也能销毁线程
     connect(task,&MyTask::my_signal,this,[=](int n){ // 只能在主线程对界面进行操作
         this->ui->label->setText(QString::number(n));
     });
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    thread->start(); // 启动线程，发送start()信号
}

void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    thread->quit();
    task->set_flag(0);
    thread->wait();
}

输出：

案例需求：通过线程，实现电子时钟。

代码：

mytime.h

#ifndef MYTIME_H
#define MYTIME_H
 
#include <QObject>
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include <QDateTime>
class MyTime : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit MyTime(QObject *parent = nullptr);
    void thread_time();
    void set_flag(int flag);
signals:
    void my_signal(QString datatime);
public slots:
 
private:
    int flag = 1;
};
 
#endif // MYTIME_H

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H
 
#include <QWidget>
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include "mytime.h"
 
namespace Ui {
class Widget;
}
 
class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
 
public:
    explicit Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
 
private slots:
    void on_pushButton_clicked();
 
    void on_pushButton_2_clicked();
 
private:
    Ui::Widget *ui;
    QThread *thread;
    MyTime *time;
};
 
#endif // WIDGET_H

mytime.cpp

#include "mytime.h"
 
MyTime::MyTime(QObject *parent) : QObject(parent)
{
 
}
 
void MyTime::thread_time()
{
    while(flag){
        QDateTime currentTime = QDateTime::currentDateTime();
        QString formattedTime = currentTime.toString("hh:mm:ss");
        qDebug() << formattedTime;
        emit my_signal(formattedTime);
        QThread::sleep(1);
    }
}
 
void MyTime::set_flag(int flag)
{
    this->flag = flag;
}

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
 
Widget::Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    thread = new QThread(this);
    time = new MyTime; // 不能指定父对象
    ui->lcdNumber->setDigitCount(8);
    time->moveToThread(thread); // 移动到thread线程中
    connect(thread,&QThread::started,time,&MyTime::thread_time);
    connect(this,&Widget::destroyed,this,&Widget::on_pushButton_2_clicked); // 直接点击 X 也能销毁线程
    connect(time,&MyTime::my_signal,this,[=](QString datatime){ // 只能在主线程对界面进行操作
        this->ui->lcdNumber->display(datatime);
    });
}
Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}
 
void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    thread->start();
}
 
void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
         thread->quit();
         time->set_flag(0);
         thread->wait();
}

输出：

六、connect最后一个参数

表示连接类型，默认是自动连接。有如下几种选择：

Qt::AutoConnection (0)

        这是默认的连接类型。Qt会根据信号发射者接收者（slot所在的对象）是否位于发射信号的线程中，自动选择使用Qt::DirectConnection或Qt::QueuedConnection。如果接收者和发射者位于同一线程，则使用Qt::DirectConnection；否则，使用Qt::QueuedConnection。

Qt::DirectConnection (1)

        当信号被发射时，槽函数会立即在同一线程中被调用。这种连接类型适用于槽函数不需要跨线程执行的场景，因为它避免了线程切换的开销。

Qt::QueuedConnection (2)

        信号被发射后，槽函数的调用会被排入接收者对象所在线程的事件循环中。这意味着槽函数将在接收者对象的线程中执行，但不一定是在信号发射后立即执行。这种连接类型适用于跨线程通信，确保了线程安全。

Qt::BlockingQueuedConnection (3)

        这种连接类型与Qt::QueuedConnection类似，但有一个关键区别：发射信号的线程会在槽函数执行完毕并返回之前被阻塞。这意呀着，如果接收者（槽函数）位于发射信号的同一线程中，使用这种连接类型将导致死锁，因为发射信号的线程会等待它自己来完成槽函数的执行。

Qt::UniqueConnection (0x80)

        这不是一个独立的连接类型，而是一个可以与上述任何连接类型通过位或（bitwise OR）操作组合使用的标志。当设置了Qt::UniqueConnection时，如果指定的信号和槽之间的连接已经存在，QObject::connect()函数将不会建立新的连接，并返回false。这有助于避免重复连接同一信号到同一槽，尤其是在动态连接信号和槽时非常有用。

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