对Windows中的消息映射机制和QT中信号与槽机制的分析

对Windows中的消息映射机制和QT中信号与槽机制的分析

郝峥

武汉滨湖电子有限责任公司   单位省市：湖北省武汉市   省市邮编：430000

摘要：本文主要内容是对Windows中的消息映射机制和QT中信号与槽机制的分析。本人由于目前工作的主要内容是实现终端代码从Windows到QT平台的迁移，所以对Windows中的消息映射机制和QT中信号与槽机制都有了一定程度的了解，于是便产生了对以上命题进行研究的想法。

本文分别对两种机制进行具体分析。经过分析可以发现，信号槽机制与Windows下消息机制类似，消息机制是基于回调函数，Qt中用信号与槽来代替函数指针，使程序更安全简洁。

关键词：Windows，消息映射，QT，信号与槽

正  文

首先来说说Windows中的消息映射机制。

所有MFC的窗口类都通过钩子函数_AfxCbtFilterHook截获消息，并且在钩子函数_AfxCbtFilterHook中把窗口过程设定为AfxWndProc。原来的窗口过程保存在成员变量m_pfnSuper中。所以在MFC框架下，一般一个消息的处理过程是这样的。

（1）函数AfxWndProc接收Windows操作系统发送的消息。

（2）函数AfxWndProc调用函数AfxCallWndProc进行消息处理，这里一个进步是把对句柄的操作转换成对CWnd对象的操作。

（3）函数AfxCallWndProc调用CWnd类的方法WindowProc进行消息处理。注意AfxWndProc和AfxCallWndProc都是AFX的API函数。而WindowProc已经是CWnd的一个方法。所以可以注意到在WindowProc中已经没有关于句柄或者是CWnd的参数了。

方法WindowProc首先判断消息是否为WM_COMMAND，如果不是，就把消息往父类送去；如果是则调用方法OnCommand，再由后者调用OnWndMsg进行正式的消息处理，即把消息派送到相关的方法中去处理。消息是如何派送的呢？实际上在CWnd类中都保存了一个AFX_MSGMAP的结构，而在AFX_MSGMAP结构中保存有所有我们用ClassWizard生成的消息的数组的入口，我们把传给OnWndMsg的message和数组中的所有的message进行比较，找到匹配的那一个消息。实际上系统是通过函数AfxFindMessageEntry来实现的。找到了那个message，实际上我们就得到一个AFX_MSGMAP_ENTRY结构，而我们在上面已经提到AFX_MSGMAP_ENTRY保存了和该消息相关的所有信息，其中主要的是消息的动作标识和跟消息相关的执行函数。然后我们就可以根据消息的动作标识调用相关的执行函数，而这个执行函数实际上就是通过ClassWizard在类实现中定义的一个方法。这样就把消息的处理转化到类中的一个方法的实现上。

如果OnWndMsg方法没有对消息进行处理的话，就调用DefWindowProc对消息进行处理。这是实际上是调用原来的窗口过程进行缺省的消息处理。

由于视类窗口始终覆盖在框架类窗口之上,因此所有操作,包括鼠标单击、鼠标移动等操作都只能由视类窗口捕获。一个MFC消息响应函数在程序中有三处相关信息：函数原型、函数实现和以及用来关联消息和消息响应函数的宏。
（1）在消息响应函数的原型代码中,函数声明的前部有一个afx_msg限定符，也是一个宏，该宏表明这个函数是一个消息响应函数的声明。
（2）消息映射宏：在视图类的源文件中，BEGIN_MESSAGE_MAP()和END_MASSAGE_MAP()这两个宏之间定义了消息映射表，例如对于画线，其中有一个ON_WM_LBUTTONDOWN()消息映射宏，这个宏的作用就是把鼠标左键按下消息（WM_LBUTTONDOWN)与一个消息响应函数关联起来，通过这种机制，一旦有消息产生，程序就会调用相应的消息响应函数来进行处理。
（3）消息响应函数的定义：在视图类的源文件中，可以看到OnLButtonDown函数的定义。头文件中在两个AFX_MSG注释宏之间是消息响应函数原型的声明。源文件中有两处：一处是在两个AFX_MSG_MAP注释宏之间的消息映射宏，通过这个宏把消息与消息响应函数关联起来；另一处是源文件中的消息响应函数的实现代码。
在Win32应用程序中，当有消息产生时，操作系统会把这条消息放到应用程序的消息队列中,应用程序通过GetMessage函数从这个队列中取出一条具体的消息,并通过DispatchMessage 函数把消息交给操作系统,调用的是应用程序的窗口过程,即窗口过程函数WndProc进行处理,然而在MFC程序中,并不是按这种途径进行处理的, 只要定义了与消息有关的三处信息后,便可实现消息的响应处理。MFC中采用的这种消息处理机制称为MFC消息映射机制。

MFC消息映射机制的具体实现方法是:在每个能接收和处理消息的类中,定义一个消息和消息函数静态对照表,即消息映射表。在消息映射表中,消息与对应的消息处理函数指针是成对出现的。某个类能处理的所有消息及其对应的消息处理函数的地址都列在这个类所对应的静态表中。当有消息需要处理时,程序只要搜索该消息静态表,查看表中是否含有该消息,就可知道该类能否处理此消息。如果能处理此消息,则同样依照静态表能很容易找到并调用对应的消息处理函数。
    下面再来看看QT中的信号与槽机制。

信号和槽机制是 Qt 的核心机制，可以让编程人员将互不相关的对象绑定在一起，实现对象之间的通信。

当某个事件发生之后，比如，按钮检测到自己被点击了一下，它就会发出一个信号（signal）。这种发出是没有目的的，类似广播。如果有对象对这个信号感兴趣，它就会使用连接（connect）函数，意思是，将想要处理的信号和自己的一个函数（称为槽（slot））绑定来处理这个信号。也就是说，当信号发出时，被连接的槽函数会自动被回调。

槽的本质是类的成员函数，其参数可以是任意类型的。和普通C++成员函数几乎没有区别，它可以是虚函数；也可以被重载；可以是公有的、保护的、私有的、也可以被其他C++成员函数调用。唯一区别的是：槽可以与信号连接在一起，每当和槽连接的信号被发射的时候，就会调用这个槽。

Qt使用了信号和槽来代替回调函数。当一个特定的事件发生时，信号会被发送出去。Qt的窗体部件（widget）拥有众多预先定义好的信号，当然，我们也可以创建窗体部件（widget）的子类来为它们添加我们需要的自定义信号。槽，则是对一个特定的信号进行的反馈。Qt的窗体部件（widget）同样拥有众多预先定义好的槽，但是通常的做法是，创建窗体部件（widget）的子类并添加自定义槽，以便对感兴趣的信号进行处理。

信号和槽机制是类型安全的（type-safe）：一个信号的参数必须和接收槽的参数匹配。由于这种参数匹配机制，编译器以帮助我们检查类型不匹配的签名。信号与槽是松耦合（loosely coupled）的：一个发出信号的类既不知道也不关心哪一个槽接收到这个信号。Qt的信号和槽机制保证了如果你将一个信号连接到一个槽上，槽会在正确的时间以号的参数被调用。信号与槽可以携带任意个、任意类型的参数。他们是类型安全的。

所有从QObject或者它的一个子类（比如：QWidget）继承的类都可以使用号与槽。对象中以这种方式通信：一个对象的状态发生了改变并发送信号，关心这个改变的另一对像接收到这个信号。发送信号的对象并不知道也不感兴趣什么对象接收它所发出的信号，这是真正的信息封装，保证了对象能被当作软件组件来使用。

槽能被用来接收信号，除此之外它们也是普通的成员函数。槽不知道是否有信号与它连接起来，正如对象不知道它发出信号是否会被接收一样。这样的机制确保了可以使用Qt创建一个个完全独立的组件。

就这样，信号与插槽建立了强大的组件编程机制。

信号与槽具有以下特点：

（1）一个信号可以连接多个槽：当信号发射时，会以不确定的顺序一个接一个的调用各个槽。

（2）多个信号可以连接同一个槽：即无论是哪一个信号被发射，都会调用这个槽。

（3）信号之间可以相互连接：发射第一个信号时，也会发射第二个信号。

（4）连接可以被移除：这种情况用得比较少，因为在对象被删除时，Qt会自动移除与这个对象相关的所有连接。

可以发现，在进行对象间的通信时，相较于回调函数，QT中信号与槽的处理方式更加灵活；Qt信号与槽机制降低了Qt对象的耦合度。激发信号的Qt对象无须知道是哪个对象的哪个槽需要接收它发出的信号，它只需要做的是在适当的时间发送适当的信号就可以了，而不需要知道也不关心它的信号有没有被接收到，更不需要知道哪个对象的哪个槽接收到了信号。同样地，对象的槽也不知道是哪些信号关联了自己，而一旦关联信号和槽，Qt就保证了适合的槽得到了调用。即使关联的对象在运行时被删除。应用程序也不会崩溃。

姓名：郝峥

单位：武汉滨湖电子有限责任公司

岗位：电讯设计