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QT系统相关

news 2025/8/11 8:29:25

程序是运行在操作系统上的，需要操作系统给我们提供支撑，Qt是跨平台的C++开发框架，Qt封装了操作系统API，所以需要学习Qt系统提供的API

1.Qt中的事件，是一个图形化界面中用户操作和程序交互的一个核心机制，Qt中的事件是对系统中的事件的一个封装。

2.Qt中的文件操作，C++标准库也提供了文件操作，但是Qt提供的文件操作更加丰富。

3.Qt中的多线程编程

4.Qt中的网络编程

5.Qt中的多媒体，例如视频和音频的播放

1.Qt中的事件

信号槽，用户进行的各种操作，就有可能会产生出信号，可以给莫个信号指定槽函数，当信号触发时，就能够自动的执行到对应的槽函数。

事件非常类似，用户进行的各种操作，也会产生事件，程序员同样可以给事件关联上处理函数（处理的逻辑），当事件触发的时候，就能够执行到对应的代码。

事件本身就是操作系统提供的机制，Qt也同样把操作系统事件机制进行了封装，拿到了Qt中，但是由于时间对应的代码编写起来不是很方便，Qt对于事件机制又进行了进一步的封装，就得到了信号槽。

实际Qt开发程序过程中，绝大部分和用户之间的交互都是通过“信号槽”来完成的，有些特殊情况下，信号槽不一定能够搞定，用户的某个动作行为，Qt没有提供对应的信号，此时就需要通过重写事件处理函数的形式，来手动处理事件的响应逻辑。常见的 Qt 事件如下：

常见事件描述：

鼠标事件	鼠标左键、鼠标右键、鼠标滚轮，鼠标的移动，鼠标按键的按下和松开
键盘事件	按键类型、按键按下、按键松开
定时器事件	定时时间到达
进入离开事件	鼠标的进入和离开
滚轮事件	鼠标滚轮滚动
绘屏事件	重绘屏幕的某些部分
显示隐藏事件	窗口的显示和隐藏
移动事件	窗口位置的变化
窗口事件	是否为当前窗口
大小改变事件	窗口大小改变
焦点事件	键盘焦点移动
拖拽事件	用鼠标进行拖拽

2.Qt中的文件操作

QIODevice 的父类为 QObject 。QIODevice 是 Qt 中所有输入输出设备（input/output device，简称 I/O 设备）的基础类，I/O 设备就是能进行数据输入和输出的设备，例如文件是一种 I/O 设备，网络通信中的 socket 是 I/O 设备，串口、蓝牙等通信接口也是 I/O 设备，所以它们也是从 QIODevice 继承来的。Qt 中主要的一些 I/O 设备类的继承关系如下图所示：

C和C++都提供了自己的文件操作，但是在编写Qt程序的时候，更推荐使用Qt自己提供的这套文件操作，和QString等Qt内置的类可以很好的配合。

2.1文件读写

构造文件对象

打开文件

使用以下两种方法，需要文件路径和文件描述符，使用起来比较麻烦

在构造函数时指定了文件路径，就可以使用如下版本的open。

QIODevice::NotOpen	没有打开设备
QIODevice::ReadOnly	以只读方式打开设备
QIODevice::WriteOnly	以只写方式打开设备
QIODevice::ReadWrite	以读写方式打开设备
QIODevice::Append	以追加方式打开设备，数据将写到文件末尾
QIODevice::Truncate	每次打开文件后重写文件内容，原内容将被删除
QIODevice::Text	在读文件时，行尾终止符会被转换为 ‘\n’；当写入文件时，行尾终止符会被转换为本地编码。如 Win32上为’\r\n’；
QIODevice::Unbuffered	无缓冲形式打开文件，绕过设备中的任何缓冲区
QIODevice::NewOnly	文件存在则打开失败，不存在则创建文件

读操作 read/readLine/readAll

写操作

关闭文件

代码示例：

QPlainTextEdit是一个功能强大、易于使用的纯文本编辑器/查看器。它使用与QTextEdit相同的技术和概念，但是为纯文本的处理进行了优化，因此更适合处理大型纯文本文档。QPlainTextEdit不提供富文本编辑功能，如字体、颜色、大小等的格式化，而是专注于纯文本的编辑和显示。

2.2文件和目录信息类

QFileInfo 是 Qt 提供的一个用于获取文件和目录信息的类，如获取文件名、文件大小、文件修改日期等。QFileInfo类中提供了很多的方法，常用的有：

isDir() 检查该文件是否是目录；
isExecutable() 检查该文件是否是可执行文件；
fileName() 获得文件名；
completeBaseName() 获取完整的文件名；
suffix() 获取文件后缀名；
completeSuffix() 获取完整的文件后缀；
size() 获取文件大小；
isFile() 判断是否为文件；
fileTime() 获取文件创建时间、修改时间、最近访问时间等；

3.Qt多线程

3.1线程的使用

QThread常用API

run()	子类重写父类的run函数
start()	这个函数是真正调用系统的API创建线程，新的线程创建出来之后自然就会执行run函数
currentThread()	返回线程对象的指针
isRunning()	如果线程正在运行则返回true，否则返回false
sleep()/msleep()/usleep()	设置线程休眠时间，单位为秒 / 毫秒 / 微秒
wait()	阻塞线程，直到满足以下任何一个条件: 与此 QThread 对象关联的线程已经完成执行(即当它从run()返回时)。如果线程已经完成，这个函数将返回 true。如果线程尚未启动，它也返回 true。已经过了几毫秒。如果时间是 ULONG_MAX(默认值)，那么等待永远不会超时(线程必须从run()返回)。如果等待超时，此函数将返回 false。这提供了与 POSIX pthread_join() 函数类似的功能
terminate()	终止线程的执行。线程可以立即终止，也可以不立即终止，这取决于操作系统的调度策略。在terminate() 之后使用 QThread::wait() 来确保
finished()	当线程结束时会发出该信号，可以通过该信号来实现线程的清理工作

代码示例：多线程版的计时器

在多线程中，由于对界面上控件的修改存在着线程安全的问题，Qt规定只能在主线中修改控件的状态。

在客户端中多线程的意义

在服务器开发中使用多线程的目的，是为了充分利用多核CPU的计算资源，尤其在服务器端一般是双路CPU（双路CPU是一个主板上面有两个CPU）。

在客户端多线程仍然非常有意义，但是侧重点就不同了。对于普通用户来说，“使用体验”是一个非常重要的话题。现如今普通用户的家用PC上也是多核CPU，但客户端上的程序一般不会使用多线程把CPU计算资源吃完，就算是做很重量级的计算，也不会把CPU计算资源利用完，一旦利用完了，此时系统会很卡，用户的体验会很差。

客户端的多线程最主要不是为了提高程序速度，相比之下，客户端中的多线程，主要是用于，通过多线程的方式，执行一些耗时的等待IO操作，避免主线程被卡死，避免对用户造成不好的体验。例如：

客户端经常会和服务器进行网络通信，比如客户端要上传/下载一个很大的文件，传输需要消耗很久，还有代码中持续不断的进行QFile.write，这种就是一个密集的IO操作，这种密集IO就会使程序被系统阻塞，然后被挂起。一旦程序都被挂起了，此时意味着，用户进行的各种操作，程序都无法响应。在生活中我们使用软件的过程中会遇到这样的场景，Windows提示你这个窗口不能响应，是否要强制结束，这种现象就是程序被挂起来了。

最好的做法，就是使用单独的线程，来处理这种密集的IO操作，主线程负责事件循环、负责处理用户的各项操作，如果被挂，挂起也是只挂起这个新的线程，主线程并不会受到影响，主线程仍然可以继续工作，继续响应用户的各种操作。

3.2线程安全问题

实现线程互斥和同步常用的类有：

互斥锁：QMutex、QMutexLocker
条件变量：QWaitCondition
信号量：QSemaphore
读写锁：QReadLocker、QWriteLocker、QReadWriteLock

3.2.1互斥锁

解决线程安全问题常用的就是加锁，就是把多线程要访问的公共资源，通过锁保护起来，借助这个锁把并发执行=》串行执行，在Linux中提供mutex互斥量来作为锁，到C++11开始把锁融入到标准库中std::mutex，把系统中的锁进行封装，Qt同样提供了锁，来对系统中的锁进行封装QMutex。

案例：对一个变量，通过两个线程循环对变量进行加加

多个线程进行加锁的对象，得是同一个锁对象。不同锁对象，就不会产生锁的互斥，也就无法把并发执行=》串行执行，也就无法解决上述问题。

在实际开发中，加锁之后，涉及到的逻辑可能很复杂，可能会忘记释放锁。使用QMutexLocker对互斥锁进行智能管理。

3.2.2读写锁

QReadWriteLocker、QReadLocker、QWriteLocker

特点：

QReadWriteLock 是读写锁类，用于控制读和写的并发访问。
QReadLocker 用于读操作上锁，只允许一个线程读取共享资源。
QWriteLocker 用于写操作上锁，只允许一个线程写入共享资源。

用途：在某些情况下，多个线程可以同时读取共享数据，但只有一个线程能够进行写操作。读写锁提供了更高效的并发访问方式。

QReadWriteLock rwLock;
//在读操作中使用读锁
{QReadLocker locker(&rwLock); //在作用域内自动上读锁//读取共享资源//...
} //在作用域结束时自动解读锁//在写操作中使用写锁
{QWriteLocker locker(&rwLock); //在作用域内自动上写锁//修改共享资源//...
}//在作用域结束时自动解写锁

3.2.3条件变量

在多线程编程中，假设除了等待操作系统正在执行的线程之外，某个线程还必须等待某些条件满足才能执行，这时就会出现问题。这种情况下，线程会很自然地使用锁的机制来阻塞其他线程，因为这只是线程的轮流使用，并且该线程等待某些特定条件，人们会认为需要等待条件的线程，在释放互斥锁或读写锁之后进入了睡眠状态，这样其他线程就可以继续运行。当条件满足时，等待条件的线程将被另一个线程唤醒。在 Qt 中，专门提供了 QWaitCondition类来解决像上述这样的问题。

特点：QWaitCondition 是 Qt 框架提供的条件变量类，用于线程之间的消息通信和同步。

用途：在某个条件满足时等待或唤醒线程，用于线程的同步和协调。

QMutex mutex;
QWaitCondition condition;
//在等待线程中
mutex.lock();
//检查条件是否满足，若不满足则等待
while (!conditionFullfilled())
{condition.wait(&mutex); //等待条件满足并释放锁
}
//条件满足后继续执行
//...
mutex.unlock();
//在改变条件的线程中
mutex.lock();
//改变条件
changeCondition();
condition.wakeAll(); //唤醒等待的线程
mutex.unlock();

3.2.4 信号量

有时在多线程编程中，需要确保多个线程可以相应的访问一个数量有限的相同资源。例如，运行程序的设备可能是非常有限的内存，因此我们更希望需要大量内存的线程将这一事实考虑在内，并根据可用的内存数量进行相关操作，多线程编程中类似问题通常用信号量来处理。信号量类似于增强的互斥锁，不仅能完成上锁和解锁操作，而且可以跟踪可用资源的数量。

特点：QSemaphore 是 Qt 框架提供的计数信号量类，用于控制同时访问共享资源的线程数量。

用途：限制并发线程数量，用于解决一些资源有限的问题。

QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源
//在需要访问共享资源的线程中
semaphore.acquire(); //尝试获取信号量，若已满则阻塞
//访问共享资源
//...
semaphore.release(); //释放信号量
//在另一个线程中进行类似操作

4.Qt中的网络

和多线程类似, Qt 为了支持跨平台, 对网络编程的 API 也进行了重新封装。接下来介绍 Qt 的网络相关的 API 的使用。实际 Qt 开发中进行网络编程, 也不一定使用 Qt 封装的网络 API, 也有一定可能使用的是系统原生 API 或者其他第三方框架的 API。

进行网络编程的时候，本质上是在编写应用层代码，需要传输层提供支持，而传输层操作系统已经实现好了，并给我们提供了相关接口。传输层最核心的协议有UDP和TCP，UDP无连接不可靠传输面向数据报全双工，TCP有连接可靠传输面向字节流全双工，操作系统给我们提供了两套Socket API。

在使用Qt中的网络API之前, 需要在项目中的.pro 文件中添加 network 模块.添加之后要手动编译一下项目, 使 Qt Creator 能够加载对应模块的头文件。之前学过的各种控件，各种内容，都包含在QtCore模块中（该模块默认就被添加了），与之对应的Qt还提供了其他模块，要想使用相关内容，就需要先添加对应的模块。

为什么Qt要分模块?

Qt框架本身是非常庞大的，如果把Qt中所有的功能放到一起，即使写一个简单的hello world程序，生成的可执行程序也非常庞大，这里包含了大量没有使用的功能。Qt还有一个典型的应用场景，就是应用在嵌入式的系统上，嵌入式系统的配置比较低，一个简单的程序，却非常的大，在嵌入式系统上可能无法运行。

Qt提供了静态库的版本，还提供了动态库的版本，如果使用的是静态库版本，那在.pro工程文件中添加的模块在编译时会被全都添加到.exe文件中。

4.1UDP

4.1.1 核心 API

主要的类有两个QUdpSocket 和 QNetworkDatagram（数据报，每次发送和接受都必须是一个完整的数据报）

QUdpSocket 表示一个 UDP 的 socket 文件

名称	类型	说明	对标原生API
bind( const QHostAddress&, quint16)	方法	绑定指定的端口号	bind
receiveDatagram()	方法	返回QNetworkDatagram读取一个 UDP 数据报	recvfrom
writeDatagram( const QNetworkDatagram&)	方法	发送一个 UDP 数据报	sendto
readyRead	信号	在收到数据并准备就绪后触发.	无 (类似于 IO 多路复用的通知机制)

系统原生的API接口中recvfrom是阻塞IO，当客户端一直没有发送数据，recvfrom会一直阻塞，直到有请求。基于阻塞模型来实现的服务器并不是很好，一阻塞就会导致整个线程卡在这里，其他什么操作也做不了，如果利用上这一时间做一些其他的操作可能会更好，Qt就利用了信号和槽机制。

在QUdpSocket类中就提供了readRead信号，当socket收到请求的时候，就会触发readyRead ，在对应的槽函数中实现读取请求操作。

QNetworkDatagram 表示一个 UDP 数据报

名称	类型	说明	对标原生 API
QNetworkDatagram (const QByteArray&, const QHostAddress& , quint16 )	构造函数	通过 QByteArray , 目标 IP 地址，目标端口号构造一个 UDP 数据报，通常用于发送数据时	无
data()	方法	获取数据报内部持有的数据，返回QByteArray	无
senderAddress()	方法	获取数据报中包含的对端的 IP 地址	无，recvfrom 包含了该功能
senderPort()	方法	获取数据报中包含的对端的端口号	无，recvfrom 包含了该功能

在构造QUdpSocket对象时可以指定一个父对象

4.1.2回显服务器

“根据请求处理响应” 是服务器开发中的最核心的步骤，一个商业服务器程序，这里的逻辑可能是几万行几十万行代码量级的。

此时，服务器程序编写完毕，但是直接运行还看不出效果. 还需要搭配客户端来使用。

4.1.3回显客户端

创建界面，含一个 QLineEdit , QPushButton , QListWidget

先使用水平布局把 QLineEdit 和 QPushButton 放好, 并设置这两个控件的垂直方向的izePolicy 为 Expanding
再使用垂直布局把 QListWidget 和上面的水平布局放好.
设置垂直布局的 layoutStretch 为 5, 1 (当然这个尺寸比例根据个人喜好微调)

在 mainwindow.cpp 中, 先创建两个全局常量, 表示服务器的 IP 和端口

// 提前定义好服务器的 IP 和 端口
const QString& SERVER_IP = "127.0.0.1";
const quint16 SERVER_PORT = 9090;

创建 QUdpSocket 成员

修改 mainwindow.h 定义成员

修改mainwindow.cpp, 初始化 socket

给发送按钮 slot 函数，实现发送请求

通过信号槽，来处理服务器的响应

最终执行效果

启动多个客户端都可以正常工作

4.2TCP

4.2.1 核心 API

核心类是两个: QTcpServer 和 QTcpSocket

QTcpServer 用于监听端口和获取客户端连接

名称	类型	说明	对标原生 API
listen(const QHostAddress&, quint16 port)	方法	绑定指定的地址和端口号，并开始监听	bind 和 listen
nextPendingConnection()	方法	从系统中获取到一个已经建立好的返回一个 QTcpSocket，表示这个tcp 连接，客户端的连接通过这个 socket 对象完成和客户端之间的通信	accept
newConnection	信号	有新的客户端建立连接好之后触发	无 (但是类似于 IO 多路复用中的通知机制)

QTcpSocket 用户客户端和服务器之间的数据交互

名称	类型	说明	对标原生 API
readAll()	方法	读取当前接收缓冲区中的所有数据，返回 QByteArray 对象	read
write(const QByteArray& )	方法	把数据写入 socket 中	write
readyRead	信号	有数据到达并准备就绪时触发	无 (但是类似于 IO 多路复用中的通知机制)
deleteLater	方法	暂时把 socket 对象标记为无效，Qt会在下个事件循环中析构释放该对象	无 (但是类似于 “半自动化的垃圾回收”)
disconnected	信号	连接断开时触发	无 (但是类似于 IO 多路复用中的通知机制)

QByteArray 用于表示一个字节数组，可以很方便的和 QString 进行相互转换

使用 QString 的构造函数即可把 QByteArray 转成 QString
使用 QString 的 toUtf8 函数即可把 QString 转成 QByteArray

4.2.2 TCP回显服务器（请求的内容是什么就回显什么内容）

4.2.3TCP回显客户端

先启动服务器, 再启动客户端(可以启动多个)，最终执行效果

4.3HTTP

4.3.1 核心 API

关键类主要是三个，QNetworkAccessManager 、QNetworkRequest、QNetworkReply

QNetworkAccessManager 提供了 HTTP 的核心操作

方法	说明
get(const QNetworkRequest& )	发起一个 HTTP GET 请求，返回 QNetworkReply 对象
post(const QNetworkRequest&, const QByteArray& )	发起一个 HTTP POST 请求，返回 QNetworkReply 对象

QNetworkRequest 表示一个 HTTP 请求(不含 body)

如果需要发送一个带有 body 的请求(比如 post)，会在 QNetworkAccessManager 的 post 方法中通过单独的参数来传入 body。

方法	说明
QNetworkRequest(const QUrl& )	通过 URL 构造一个 HTTP 请求
setHeader(QNetworkRequest::KnownHeaders header, const QVariant &value)	设置请求头

QVariant表示一个可变类型，可以向value传输任何的值

其中的 QNetworkRequest::KnownHeaders 是一个枚举类型，常用取值:

取值	说明
ContentTypeHeader	描述 body 的类型
ContentLengthHeader	描述 body 的长度
LocationHeader	用于重定向报文中指定重定向地址. (响应中使用，请求用不到)
CookieHeader	设置 cookie
UserAgentHeader	设置 User-Agent

QNetworkReply 表示一个 HTTP 响应，这个类同时也是 QIODevice 的子类

方法	说明
error()	获取出错状态
errorString()	获取出错原因的文本
readAll()	读取响应 body
header(QNetworkRequest::KnownHeaders header)	读取响应指定 header 的值

此外，QNetworkReply 还有一个重要的信号 finished 会在客户端收到完整的响应数据之后触发