Qt 进程和线程之一：运行一个进程和进程间通信

Qt提供了一个与平台无关的QProcess类，用以对进程的支持。本节讲述了怎样在Qt应用程序中启动一个外部程序进程，以及几种常用的进程间通信方法。如果对进程和线程的概念不是很了解，可以看我的另一篇博客：[多进程和多线程的概念。

设计应用程序时，有时不希望将一个不太相关的功能集成到程序中，或者是因为该功能与当前设计的应用程序联系不大，或者是因为该功能已经可以使用现成的程序很好地实现了，这时就可以在当前的应用程序中调用外部的程序来实现该功能，这就会使用到进程。Qt应用程序可以很容易地启动一个外部应用程序，而且Qt也提供了多种进程间通信的方法。

一、运行一个进程

Qt的QProcess类可以用来启动一个外部程序并与其进行通信。下面我们来看一下怎么在Qt代码中启动一个进程。

运行一个进程打开记事本

首先创建QtGui应用，工程名称为“myProcess”，其他选项保持默认即可。先进入mainwindow.h文件添加代码，添加私有对象定义：QProcess myProcess。然后在设计模式往界面上拖入一个Push Button部件，修改其显示文本为“启动一个进程”。在按钮上点击鼠标右键，转到其clicked()信号对应的槽，更改如下：

void MainWindow::on_pushButton_clicked()

{

     myProcess.start("notepad.exe");

}

这里我们使用QProcess对象运行了Windows系统下的记事本程序（即notepad.exe程序），因为该程序在系统目录中，所以这里不需要指定其路径。大家也可以运行其他任何的程序，只需要指定其具体路径即可。我们看到，可以使用start()来启动一个程序，有时启动一个程序时需要指定启动参数，这种情况在命令行启动程序时是很常见的。

运行程序，单击界面上的按钮时就会弹出一个记事本程序。

QProcess也提供了一组函数，可以脱离事件循环来使用，它们会挂起调用的线程直到确定的信号被发射：

waitForStarted()阻塞直到进程已经启动；
waitForReadyRead()阻塞直到在当前读通道上有可读的数据；
waitForBytesWritten()阻塞直到一个有效负载数据已经被写人到进程；
waitForFinished()阻塞直到进程已经结束。

二、进程间通信方式

Qt提供了多种方法在Qt应用程序中实现进程间通信IPC(Inter-Process Communication)。简单介绍如下：

TCP/IP

跨平台的Qt Network模块提供的类可以让网络编程更加便携和方便。它提供了高级类（例如：QNetworkAccessManager、QFtp）通信，使用特定的应用程序级协议，和较底层的类（例如：QTcpSocket、QTcpServer、QSslSocket）用于实现协议。

共享内存

跨平台的QSharedMemory-共享内存类，提供对操作系统的共享内存的实现。它允许多个线程和进程安全访问共享内存段。此外，QSystemSemaphore可以用来控制访问由系统共享的资源，以及进程之间的通信。

D-Bus

Qt的D-Bus模块是一种可用于使用D-Bus协议实现IPC的唯一Unix库。它将Qt的信号和槽机制延伸到IPC级别，允许由一个进程发出的信号被连接到另一个进程的槽。Qt的D-Bus文档已经详细说明如何使用Qt中的D-Bus模块。

QProcess

使用先前提到的QProcess类。跨平台类QProcess可以用于启动外部程序作为子进程，并与它们进行通信。它提供了用于监测和控制该子进程状态的API。另外，QProcess为从QIODevice继承的子进程提供了输入/输出通道。

会话管理

在Linux/X11平台上，Qt提供了会话管理的支持。会话允许事件传播到进程，例如，当检测到关机时。进程和应用程序可以执行任何必要的操作，例如：保存打开的文档。

三、共享内存之进程间通信实例

下面来看一个使用共享内存的例子，它实现的功能是：先在一个对话框中将一张图片写入到共享内存段中，然后再在另一个对话框中从共享内存段读出该图片。

新建Qt Gui应用，名称为mylPC，类名为Dialog，基类选择QDialog。完成后进人设计模式，向界面中放入两个Push Button部件和一个Label部件。将一个按钮的显示文本更改为“从文件中加载图片”，将其objectName属性更改为loadFromFileButton，将另一个按钮的显示文本更改为“从共享内存显示图片”，将其objectName属性更改为loadFromSharedMemoryButton。然后进人dialog.h文件，修改如下：

#ifndef DIALOG_H

#define DIALOG_H

#include <QDialog>

#include <QSharedMemory>

namespace Ui {

    class Dialog;

}

class Dialog : public QDialog

{

    Q_OBJECT

public:

    explicit Dialog(QWidget *parent = nullptr);

    ~Dialog();

public slots:

    //从文件中加载图片到共享内存

    void loadFromFile();

    //从共享内存中加载图片

    void loadFromMemory();

private slots:

    //从文件中加载图片按钮

    void on_loadFromFileButton_clicked();

    //从共享内存加载并显示图片按钮

    void on_loadFromSharedMemoryButton_clicked();

private:

    //将进程与共享内存段进行分离，如果失败则进行提示

    void detach();

private:

    Ui::Dialog *ui;

    QSharedMemory sharedMemory; //定义一个共享内存对象

};

#endif // DIALOG_H

然后进人dialog.cpp文件，修改如下：

#include "dialog.h"

#include "ui_dialog.h"

#include <QFileDialog>

#include <QBuffer>

#include <QDebug>

Dialog::Dialog(QWidget *parent) :

    QDialog(parent),

    ui(new Ui::Dialog)

{

    ui->setupUi(this);

    //在使用共享内存以前，需要设置key，系统用它作为底层共享内存段的标识

    sharedMemory.setKey("QSharedMemoryExample");

}

Dialog::~Dialog()

{

    delete ui;

}

//从文件中加载图片到共享内存

void Dialog::loadFromFile()

{

    //判断该进程是否已经连接到共享内存段，连接成功返回true

    if (sharedMemory.isAttached())

        detach();

    ui->label->setText(tr("选择一个图片文件！"));

    //使用文件对话框获得打开图片路径

    QString fileName = QFileDialog::getOpenFileName(nullptr, QString(), QString(),

                                                    tr("Images (*.png *.jpg)"));

    //label标签显示图片

    QImage image;

    if (!image.load(fileName))

    {

        ui->label->setText(tr("选择的文件不是图片，请选择图片文件！"));

        return;

    }

    ui->label->setPixmap(QPixmap::fromImage(image));

    //将图片加载到共享内存

    //使用QBuffer来暂存图片，这样便可以获得图片的大小，还可以获得图片数据的指针

    QBuffer buffer;

    buffer.open(QBuffer::ReadWrite);

    QDataStream out(&buffer);

    out << image;

    int size = static_cast<int>(buffer.size());

    //使用create()函数创建指定大小的共享内存段，该函数还会自动将共享内存段连接到本进程上。

    if (!sharedMemory.create(size))

    {

        ui->label->setText(tr("无法创建共享内存段！"));

        return;

    }

    //在进行共享内存段的操作前，需要先进行加锁

    sharedMemory.lock();

    char *to = static_cast<char*>(sharedMemory.data());

    const char *from = buffer.data().data();

    //使用memcpy()函数将图片数据复制到共享内存

    memcpy(to, from, static_cast<size_t>(qMin(sharedMemory.size(), size)));

    //等操作完成后，再进行解锁。

    sharedMemory.unlock();

}

//从共享内存中加载图片

void Dialog::loadFromMemory()

{

    //使用attache()函数将进程连接到共享内存段

    if (!sharedMemory.attach())

    {

        ui->label->setText(tr("无法连接到共享内存段，\n"

                              "请先加载一张图片！"));

        return;

    }

    QBuffer buffer;

    QDataStream in(&buffer);

    QImage image;

    //使用QBuffer来读取共享内存段中的数据

    sharedMemory.lock();

    buffer.setData((char*)sharedMemory.constData(), sharedMemory.size());

    buffer.open(QBuffer::ReadOnly);

    in >> image;

    sharedMemory.unlock();

    //将进程与共享内存段进行分离，如果失败则进行提示

    sharedMemory.detach();

    ui->label->setPixmap(QPixmap::fromImage(image));

}

//将进程与共享内存段进行分离，如果失败则进行提示

void Dialog::detach()

{

    if (!sharedMemory.detach())

        ui->label->setText(tr("无法从共享内存中分离！"));

}

//从文件中加载图片按钮

void Dialog::on_loadFromFileButton_clicked()

{

    loadFromFile();

}

//从共享内存加载并显示图片按钮

void Dialog::on_loadFromSharedMemoryButton_clicked()

{

    loadFromMemory();

}

在一个运行的实例上单击“从文件中加载图片”按钮，然后选择一张图片。在第二个运行的实例上单击“从共享内存显示图片”按钮，这时便会显示第一个实例中加载的图片，效果如下所示：

四、程序分析

（1）loadFromFile()

这里先使用isAttached()函数判断该进程是否已经连接到共享内存段，如果是，那么就调用detach()先将该进程与共享内存段进行分离。
然后使用QFileDialog类来打开一个图片文件，并将其显示到标签上。为了将图片加载到共享内存，这里使用了QBuffer来暂存图片，这样便可以获得图片的大小，还可以获得图片数据的指针。
后面使用了create()函数来创建指定大小的共享内存段，其大小的单位是字节，该函数还会自动将共享内存段连接到本进程上。
在操作共享内存段时要使用lock()进行加锁，然后才可以使用memcpy()函数将buffer对应的数据段复制到共享内存段，操作完成后要使用unlock()进行解锁。这样在同一时间，就只能有一个进程允许操作共享内存段了。

（2）loadFromMemory()

这里先使用attache()函数将进程连接到共享内存段。
在操作共享内存段时要使用lock()进行加锁，然后才可以使用QBuffer来读取共享内存段中的数据，操作完成后要使用unlock()进行解锁。
因为现在已经不需要使用共享内存了，所以调用detach()函数将进程与共享内存段进行分离。最后将图片显示到标签中。

参考：

Qt 之进程间通信（共享内存）