通过Qt优雅地调用命令行计算程序并抓取输出显示在窗口上

编写大型工程计算软件时，计算核心与图形操作界面混在一起不是一个好的实践。一则不容易实现跨平台，二则难以在非图形环境下部署和使用，三则这样写容易让二者的代码混在一起提高维护难度，四则图形库往往引入不必要的性能开销和难以预知的输入。所以，分别单独实现计算核心和图形操作界面，然后通过命令行调用、消息输出是一个很合适的方案。

这些天基于Qt搞了一个这样一套方案，同时以此为契机搞清楚了Qt的信号(signal)/槽(slot)机制，这里做一个总结。

功能点

使用特定的命令行参数启动计算核心
实时抓取计算核心的输出，显示在图形界面上
计算过程中要保持GUI的正常响应

实现

调用计算核心

比较容易，Qt已经提供了很好的封装：

computeProcess.setProgram(launchOption.executable);
computeProcess.setArguments(launchOption.arguments);
computeProcess.setWorkingDirectory(launchOption.runDirectory);
 
computeProcess.start();
 
while (!computeProcess.waitForFinished()) {
    QThread::sleep(1);
}
 
emit computingFinished(computeProcess.exitStatus() == QProcess::NormalExit);

launchOption就是个结构体，存放了一些字符串。start是实际启动外部程序。computeProcess.waitForFinished()看名字是等待到程序结束，但实际上默认最长只等三十秒，然后就返回一个false回来。理论上可以传一个参数让他永久等待，不过想想还是用一个循环多次调用它比较好，需要的话，循环里面可以做一些别的事情，比如计数什么的。

最后一句emit ...是发送一个信号，信号中包含了一个数据：程序是否正常退出。

抓取计算核心的输出

可以对Process对象执行相关的抓取函数来获得。但是单开一个线程反复尝试抓取（我在Java里面就是这样干的！）相当的不优雅。利用Qt的消息机制，可以将他们封装为信号：

// 在一个继承了QObject的类中
 
// 已经声明了：
// public slots:
//    void doCompute();
// 以及
// signals:
//    void newMessageIncoming(QString newMessage, bool isError);
//    void computingFinished(bool isExitedNormally);
 
connect(&computeProcess, &QProcess::readyReadStandardOutput, [this]() {
    emit newMessageIncoming(computeProcess.readAllStandardOutput(), false);
});
connect(&computeProcess, &QProcess::readyReadStandardError, [this]() {
    emit newMessageIncoming(computeProcess.readAllStandardError(), true);
});

等于是，把Process中Qt原生提供的的“有标准输出/错误输出”信号，连接到了两个lambda表达式史上，这两个表达式所执行的内容则是读出所有的新来的信息，并且将他们封装到一个自定义的信号newMessageIncoming中，发射出去。

对于信号的槽的几点认识：

信号和槽都是不带返回值的，原因是他们全都是异步调用：信号发射出去就进了全局的某个地方，跟所有其他的信号一起，等着被所有连接到它的一个个槽来处理。如果这这时候还搞同步调用，等待返回值啥的，可能会引起线程阻塞、死锁什么的一系列问题；
如果确实需要返回什么信息，则需要搞一正一反两套消息/槽，一条消息发过去，处理完了再一条信息发回来；
消息/signal是不需要实现的，它只是一种约定，规定消息的“名字”以及格式（其中包含哪些参数以及参数类型）；很好奇强行实现一个会怎么样；
当一条消息被emit出去，与之相connect的那些slot被调用，传递进来的参数的值就是emit时写进去的那几个；
slot被调用时应该是保证了线程安全，因为我尝试过手动开一个线程来执行Process，然后从这个线程里面去直接向窗口中的文本框增加数据，结果运行时会报警告说“从另外一个线程操作GUI是不安全的”；
同时，slot被调用时应该默认是新开了一个线程的，因为上面操作、启动Process的那些代码是放在一个叫doCompute()的槽里面的，显然执行它需要很长时间，但主动的这个线程并没有被阻塞；所以目前还不很清楚为啥通过slot去修改GUI就没有警告了。
slot有是否public之分，显然有些slot传递进来的数据是有要求的，不能让外人乱搞；
signal是没有public与否的概念的，因为传出去之后大家都看到了；
connect的时候，操作对象不是某个类，而是某个类的某个实例，所以需要两个指针；Qt 5之后，slot也可以是一个lambda表达式，这时就不用（也不能）指定接受对象了；但是这种lambda表达式写起来要特别小心捕获范围，因为lambda表达式本质上跟全局函数差不多，它被调用是不分时候的，如果捕获了一个局部变量，而该变量在执行时候已经失效了，真是坑死人不偿命：与“Qt Webengine回调函数内赋值引发Segment Fault的灵异事件”的原理十分相似；

GUI的更新

刚才已经封装出来了两个信号：newMessageIncoming(QString newMessage, bool isError)以及computingFinished(bool isExitedNormally)，在窗体这头connect一下，把数据和状态反映在GUI中，就OK了。

核心代码

ComputeProcessWrapper.h

#ifndef COMPUTEPROCESSWRAPPER_H
#define COMPUTEPROCESSWRAPPER_H
 
#include "LaunchOption.h"
#include <QObject>
#include <QProcess>
 
class ComputeProcessWrapper : public QObject {
    Q_OBJECT
 
public:
    ComputeProcessWrapper();
 
    LaunchOption launchOption;
    QProcess computeProcess;
 
public slots:
    void doCompute();
 
signals:
    void newMessageIncoming(QString newMessage, bool isError);
    void computingFinished(bool isExitedNormally);
 
private:
    void setProcess();
};
 
#endif // COMPUTEPROCESSWRAPPER_H

ComputeProcessWrapper.cpp

#include "ComputeProcessWrapper.h"
#include <QThread>
 
ComputeProcessWrapper::ComputeProcessWrapper()
{
    connect(&computeProcess, &QProcess::readyReadStandardOutput, [this]() {
        emit newMessageIncoming(computeProcess.readAllStandardOutput(), false);
    });
    connect(&computeProcess, &QProcess::readyReadStandardError, [this]() {
        emit newMessageIncoming(computeProcess.readAllStandardError(), true);
    });
}
 
void ComputeProcessWrapper::setProcess()
{
    computeProcess.setProgram(launchOption.executable);
    computeProcess.setArguments(launchOption.arguments);
    computeProcess.setWorkingDirectory(launchOption.runDirectory);
}
 
void ComputeProcessWrapper::doCompute()
{
    setProcess();
 
    computeProcess.start();
 
    while (!computeProcess.waitForFinished()) {
        QThread::sleep(1);
    }
 
    emit computingFinished(computeProcess.exitStatus() == QProcess::NormalExit);
}

目录

通过Qt优雅地调用命令行计算程序并抓取输出显示在窗口上

功能点

实现

调用计算核心

抓取计算核心的输出

GUI的更新

核心代码