1 引言

Qt信號槽是一大特色，介紹它的文章也數不勝數，為啥還要說呢，主要還是想從實現原理作為切入點，談談一個信號發射到槽函數執行所經歷的大致流程，從宏觀角度進行一個簡單梳理，相比于一般的文章稍微深入一點點吧，畢竟水平有限，希望能幫到一些有一定Qt基礎的人。

2 信號槽執行流程

這里主要分析信號槽隊列連接方式，比較有代表性一點。

2.1 建立連接

首先，使用QObject::connect()函數建立信號與槽的連接，這些信號槽的連接信息將以 QObjectPrivate::Connection 對象的形式存儲在 ConnectionList（QList<QObjectPrivate::Connection>） 列表中。每一個 Connection 對象包含了信號發送者對象的指針、信號的索引（對應于發送者信號列表中的位置）、槽的接收者對象的指針、槽的方法信息、連接的類型、額外的連接標志或者參數。

連接的類型一般有三種：
直接連接（DirectConnection）：槽函數會直接在信號發射的那個線程上立即執行。
隊列連接（QueuedConnection）：如果信號和槽屬于不同的線程，槽函數的執行將會在目標槽所屬對象的事件循環中異步執行。為了達到這個目的，Qt 會封裝一個 QMetaCallEvent 事件。
阻塞隊列連接（BlockingQueuedConnection）：與隊列連接類似，但是發射信號的線程會阻塞等待槽函數執行完畢。

其中，ConnectionList 是一個鏈表數據結構，它保存了與一個特定信號相關聯的所有連接，在內存中動態分配，通常在對象被創建時初始化。如何關聯上呢？QObject 類有一個指向 QObjectPrivate 類型的私有數據指針（d_ptr），QObjectPrivate 包含一個或多個 ConnectionList 實例，需要注意的是每一個信號對應一個 ConnectionList。

2.2 發射信號

當信號被發射時，moc生成的QMetaObject::activate函數會被調用，它會負責查找所有與信號鏈接的槽，并依次調用每個槽。

1. 首先通過 QObjectPrivate 獲取到所有的信號槽連接信息；
2. 通過發射信號的索引，activate() 函數可以確定哪些 Connection 對象是與當前發射的信號相關的；
3. activate() 函數遍歷與信號相關的所有 Connection 對象。對于每個 Connection，它會根據連接時的類型來決定是直接調用槽函數，還是將調用事件（QMetaCallEvent）推送到指定接收者的事件隊列中；
4. 如果槽是在相同線程被直接連接的，那么 QObject::activate() 會直接調用該槽函數。如果是跨線程連接的方式，事件將被排隊，在接收者對象所處線程的事件循環中被處理，隨后調用對應的槽函數；
5. 對于每個槽函數的調用，activate() 會傳遞正確的參數，這是通過從信號發射時傳遞的參數列表中復制參數實現的。

2.3 執行槽函數

前面提到，在信號發射時，Qt會檢查這些連接并確定如何調用關聯的槽函數。如果連接是 Qt::DirectConnection 并且信號與槽位于同一線程，那么槽會直接被調用，如果連接是 Qt::QueuedConnection 或者信號與槽位于不同的線程，Qt 則會創建一個 QMetaCallEvent。

1. 封裝事件（Event Wrapping）:
   如果連接類型是 Qt::QueuedConnection 或 Qt::BlockingQueuedConnection，并且發射信號的線程與接收槽的線程不同，Qt會創建一個特殊的事件對象 QMetaCallEvent，它包含了調用槽函數所需的所有信息，包括接收者的槽函數指針、參數值的拷貝等。
2. 事件投遞（Event Posting）:
   生成的事件被投遞到接收對象所屬線程的事件隊列中。Qt使用QCoreApplication::postEvent()函數在應用程序的主事件循環中投遞事件，在這個過程中，發射信號的線程不會阻塞等待（除非是 Qt::BlockingQueuedConnection 類型，這時會等待槽方法執行完畢）。
3. 事件處理（Event Processing）:
   在接收者所屬線程，線程的事件循環將持續運行等待事件，接收者線程的事件循環收到 QMetaCallEvent 后，會根據事件中封裝的信息，調用目標對象的 qt_metacall 函數執行相應的槽方法。
   qt_metacall 是 Qt 框架中的一個特殊成員函數，它是 QObject 類的一部分，它允許動態調用槽和操作屬性，由 Q_OBJECT 宏定義，是元對象系統的核心，它允許實現反射和對象間的通信，而 QMetaCallEvent 是一種用于線程間槽調用的事件。這兩者協同工作，使得 Qt 的信號和槽機制可以跨線程安全地操作。
4. 槽函數執行（Slot Invocation）:
   在 qt_metacall 函數中，根據事件的信息，使用反射機制調用具體的槽函數，并將參數傳遞給它。這樣，即便是跨線程，槽函數也可以在接收者所在線程的上下文中被正確執行。

3 總結

很多東西被隱藏在Qt的元對象系統內部，通常開發者不必直接訪問或操作這些內部數據結構，但是如果想理解得更加深入，還是需要對實現原理做一定的了解。好了，有不對的地方，還請大家不吝賜教。