章俊

摘 要：該文利用Qt框架實現(xiàn)了一個文件搜索工具，并支持對文件內(nèi)容的搜索。該文件搜索工具是一個集多線程、圖形界面、事件處理的面向?qū)ο缶幊痰膶嵗绦颉?/p>

關(guān)鍵詞：Qt;C++;多線程;文件搜索;事件處理

1背景

Windwos系統(tǒng)原生自帶的“文件搜索工具”的功能簡單，查找文件緩慢，而且不支持基于文本內(nèi)容的文件搜索。本文利用Qt框架，實現(xiàn)了一個支持并發(fā)的文本內(nèi)容的搜索工具。該文件搜索工具在進(jìn)行搜索時，會把搜索任務(wù)合理分配給輔助線程，并由輔助線程完成任務(wù)后由事件系統(tǒng)通知給主線程。該文件搜索工具是一個集多線程、圖形界面、事件處理的面向?qū)ο缶幊讨R的綜合應(yīng)用實例程序。

2Qt框架介紹

Qt是跨平臺的應(yīng)用程序和圖形用戶接口（GUI）開發(fā)框架，由集成開發(fā)工具、跨平臺類庫和集成開發(fā)環(huán)境（IDE）組成，它的開發(fā)語言是C++。

Qt中的一個核心機(jī)制是信號與槽機(jī)制，它是Qt的基礎(chǔ)。信號與槽的設(shè)計使用了觀察者模式，當(dāng)某個事件發(fā)生之后，它就會發(fā)出一個信號（signal），信號的發(fā)出是沒有目的的，類似廣播，如果有對象對這個信號感興趣，它就會使用連接（connect）函數(shù)將自己的槽（slot）函數(shù)綁定到這個信號。信號與槽機(jī)制取代了回調(diào)函數(shù)的實現(xiàn)方式，當(dāng)信號發(fā)出時，被連接的槽函數(shù)會自動被回調(diào)，它可以讓應(yīng)用程序編寫人員把這些互不了解的對象綁定在一起。

事件是GUI程序的重要部分，GUI應(yīng)用程序是由事件循環(huán)驅(qū)動的。事件是各種由應(yīng)用程序內(nèi)部或者外部產(chǎn)生的事情或者動作的統(tǒng)稱，Qt中使用一個對象來表示一個事件，繼承自QEvent類。事件和信號與槽并不相同，響應(yīng)事件的函數(shù)并不能立即響應(yīng)，而是會進(jìn)入事件序列，等待執(zhí)行。而信號與槽不同，信號發(fā)出后，關(guān)連的槽函數(shù)會立即得到執(zhí)行。

3軟件介紹

文件搜索工具會從指定的目錄中搜索含有指定內(nèi)容的文件，并列出匹配到的文件列表。一個文件的搜索過程涉及到把文件的內(nèi)容讀取到內(nèi)存，然后在讀取到的內(nèi)容中匹配指定的搜索關(guān)鍵字，并把匹配到的文件路徑顯示出來，這是一個混合了磁盤讀取和數(shù)據(jù)處理的過程。

在這個程序中，使用了多個輔助線程完成這個任務(wù)，每個線程都有需要用來搜索的一個文件列表。每個線程在進(jìn)行搜索任務(wù)的同時，通過使用一個自定義事件來與主線程進(jìn)行通信，把搜索到的結(jié)果通知給主線程（GUI）進(jìn)行匯總與顯示。

4詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)

4.1界面設(shè)計

使用Qt Creator新建一個Qt Widgets Application程序，并新建一個繼承于QMainWindow類的MainWindow窗口類，在類MainWindow下創(chuàng)建一個搜索目錄設(shè)置框，一個搜索內(nèi)容設(shè)置框，一個搜索結(jié)果顯示列表，一個搜索/取消按鈕。界面效果如圖1所示。

4.2搜索任務(wù)與界面顯示設(shè)計

主窗口類MainWindow還有2個私有數(shù)據(jù)類型的項：int done和volatile bool stopped，done整型變量是已經(jīng)匹配成功的文件數(shù)目，stopped布爾值用來通知輔助線程用戶是否已經(jīng)取消操作，此變量使用volatile來修飾，在線程間使用volatile bool是安全的。

一旦選定搜索目錄、搜索內(nèi)容，用戶按下Search按鈕就開始搜索工作了。按鈕一旦被按下，該按鈕就會變成Cancel按鈕，所以用戶可以在任何時候停止搜索工作。這個按鈕與searchOrCancel（）槽相連。

searchOrCancel（）函數(shù)主要內(nèi)容：

void MainWindow：：searchOrCancel（）

{

m_stopped = true;

if （QThreadPool：：globalInstance（）->activeThreadCount（））

QThreadPool：：globalInstance（）->waitForDone（）;

if （m_searchOrCancelButton->text（） == tr（"&Cancel"）） {

updateUi（）;

return;

}

QStringList sourceFiles = getFiles（m_directoryLineEdit->text（））;

if （！sourceFiles.isEmpty（）） {

m_resultListWidget->clear（）;

m_statusBar->clearMessage（）;

searchFiles（sourceFiles）;

}

}

在這個槽函數(shù)的一開始設(shè)定stopped變量值為true，通知那些運(yùn)行中的輔助線程都必須停止。然后，檢查是否還有輔助線程在Qt的全局線程序列中運(yùn)行，如果有的話，那么就阻塞，直到所有的線程都停止。

點擊Cancel按鈕會調(diào)用updateUi（）方法把Cancel按鈕的文本改成Search并返回。

點擊Search按鈕，就會使用getFiles（）函數(shù)獲得搜索目錄所有文件的列表。如果列表為空，則通知用戶錯誤，并返回。如果列表不為空，清除搜索結(jié)果窗口中之前的搜索結(jié)果和狀態(tài)欄的搜索統(tǒng)計結(jié)果。

4.3任務(wù)分配與線程調(diào)度設(shè)計

文件搜索工具的具體搜索工作是在多個線程內(nèi)完成的，所以主線程在會把搜索任務(wù)合理的分配給多個線程。在此使用QtConcurrent：：run（）函數(shù)調(diào)用任務(wù)線程，它會在Qt全局線程池中的一個輔助線程中執(zhí)行該函數(shù)。

在本應(yīng)用中使用searchFiles（）函數(shù)把任務(wù)分配給多個線程，并使線程運(yùn)行。該函數(shù)接受的形參是需要搜索的文件列表，函數(shù)的主要內(nèi)容：

void MainWindow：：searchFiles（const QStringList &sourceFiles）

{

m_stopped = false;

updateUi（）;

m_total = sourceFiles.count（）;

m_done = 0;

const QVector<int> sizes = chunkSizes（sourceFiles.count（），QThread：：idealThreadCount（））;

const QString &searchContent = m_contentLineEdit->text（）;

int offset = 0;

foreach （const int chunkSize， sizes） {

QtConcurrent：：run（searchFilesTask， this， &m_stopped，

sourceFiles.mid（offset， chunkSize）， searchContent）;

offset += chunkSize;

}

checkIfDone（）;

}

在函數(shù)的一開始把stopped變量為false，然后調(diào)用updateUi（）函數(shù)更新界面的顯示。把done變量設(shè)置成0，因為還沒有匹配到任何文件。

如果為每一個文件創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行搜索任務(wù)，即為每個必須要檢索的文件通過函數(shù)和文件名調(diào)用QtConcurrent：：run（）一次，這樣會建立和列表中文件數(shù)目一樣多的輔助線程。對于一些非常大的文件，這樣的方法或許奏效，但對于非常多卻不知大小的文件來說，建立如此多的線程所付出的代價會與任務(wù)分散給輔助線程處理所得到的潛在收益不成比例。

所以在此使用QThread：：idealThreadCount（）函數(shù)獲取計算程序運(yùn)行所在平臺上支持的輔助線程的最佳數(shù)目，并把任務(wù)進(jìn)行劃分，使得每個輔助線程都能得到一個合理的任務(wù)數(shù)量。

chunkSize（）函數(shù)會完成此工作，它會對容器進(jìn)行劃分，該函數(shù)會根據(jù)容器中給定的文件數(shù)量和期望的文件塊數(shù)（這里是輔助線程的數(shù)目），返回一個劃分的塊大小矢量。chunkSize（）函數(shù)的內(nèi)容：

QVector<int> MainWindow：：chunkSizes（int size， int chunkCount）

{

if （chunkCount == 1） return QVector<int>（） << size;

QVector<int> result（chunkCount， size / chunkCount）;

if （int remainder = size % chunkCount） {

int index = 0;

for （int i = 0; i < remainder; ++i） {

++result[index];

++index;

index %= chunkCount;

}

}

return result;

}

接下來使用一個循環(huán)來遍歷得到的任務(wù)劃分矢量，并使用QtConcurrent：：run（）函數(shù)啟動輔助線程。一旦所有的輔助線程得到啟動，就會調(diào)用checkIfDone（）槽函數(shù)，這個槽函數(shù)會以輪詢的方式確定搜索是否完成。

4.4搜索任務(wù)線程設(shè)計

搜索匹配函數(shù)searchFilesTask（）會被任務(wù)分配函數(shù)調(diào)用一次或多次，它們在一個或多個輔助線程中運(yùn)行，每個任務(wù)線程都有一個唯一的需要處理文件的列表，并對列表中的文件進(jìn)行搜索處理。在搜索任務(wù)線程中，每次搜索匹配文件內(nèi)容之前，都會檢測stopped布爾值來獲取用戶是否已經(jīng)取消了操作，如果已經(jīng)取消，函數(shù)就返回，它正在執(zhí)行的線程也會轉(zhuǎn)變成非激活態(tài)，如果沒有取消，則繼續(xù)運(yùn)行。searchFilesTask（）函數(shù)的主要內(nèi)容：

void searchFilesTask（QObject *receiver， volatile bool *stopped，

const QStringList &sourceFiles， const QString &searchContent）

{

foreach （const QString &source， sourceFiles） {

if （*stopped） return;

QFile file（source）;

if（！file.open（QIODevice：：ReadOnly | QIODevice：：Text）） continue;

if（file.readAll（）.contains（searchContent.toLocal8Bit（）.data（））） {

QApplication：：postEvent（receiver， new ProgressEvent（hit， source））;

}

}

}

文件搜索過程非常簡單：對于列表中的每個文件，讀取文件中的內(nèi)容，搜索是否含有搜索的關(guān)鍵字，如果沒有，進(jìn)行列表中下一個文件的搜索;如果有，則使用一個自定義事件，把文件路徑傳遞給主窗口對象。QApplication：：postEvent（）函數(shù)進(jìn)行這個自定義事件的傳遞。

實際上，有兩種方法可用于事件的發(fā)送：QApplication：：sendEvent（）和QApplication：：postEvent（）。sendEvent（）函數(shù)會立即發(fā)送事件。同時，sendEvent（）不會刪除事件，因此，實際應(yīng)用中會在棧（stack）上創(chuàng)建sendEvent（）事件。postEvent（）函數(shù)會向接收者的事件序列中添加事件，該事件應(yīng)當(dāng)使用new創(chuàng)建在堆（heap）上，以便可以讓它作為接收者事件序列循環(huán)處理過程中的一部分而得到處理，postEvent（）函數(shù)會獲取這個事件的所有權(quán)，它會析構(gòu)并刪除此事件，它與Qt的事件處理配合得非常好。

Qt完美地處理了事件從一個線程切換到另外一個線程的情況。使用自定義事件，如下是自定義事件類ProcessEvent的內(nèi)容：

struct ProgressEvent ： public QEvent

{

explicit ProgressEvent（bool hit_， const QString &fileName_）

： QEvent（static_cast<Type>（QEvent：：User））， hit（hit_）， fileName（fileName_） {}

const bool hit;

const QString fileName;

};

在此給予每一個自定義事件一個唯一的ID（QEvent：：User），ID的類型為QEvent：：Type，這樣做就可以避免事件之間的相互混淆。我們把事件定義成struct，并從基類QEvent派生，并將布爾型的hit標(biāo)志和fileName文本設(shè)置成可公開訪問，便于在界面類MainWindow中訪問。

在界面類MainWindow中重新實現(xiàn)了QWidget：：event（），使其能夠探測并處理自定義事件。界面類MainWindow中重新實現(xiàn)的QWidget：：event（）的內(nèi)容：

bool MainWindow：：event（QEvent *event）

{

if （！m_stopped && event->type（） == static_cast<QEvent：：Type>（QEvent：：User）） {

ProgressEvent *progressEvent = static_cast<ProgressEvent*>（event）;

if （progressEvent->hit） {

m_resultListWidget->addItem（progressEvent->fileName）;

++m_done;

}

return true;

}

return QMainWindow：：event（event）;

}

此外，如果數(shù)據(jù)處理正在進(jìn)行，獲取自定義的ProgressEvent，會把事件的信息文本（匹配到的文件路徑）添加到搜索結(jié)果窗口中，并增加匹配到的文件數(shù)量。程序還會返回一個true來表明事件已經(jīng)得到了處理， Qt將會刪除該事件，而不是繼續(xù)尋找另一個能夠處理該事件的處理器。但是，如果搜索過程已經(jīng)停止，對于任何的其他事件，都把任務(wù)傳遞給基類的事件處理器。

5結(jié)束語

本文通過使用Qt應(yīng)用框架實現(xiàn)了文件搜索工具，支持對文件內(nèi)容的搜索，并支持多線程搜索?？蔀轭愃频膱D形界面、多線程復(fù)雜計算任務(wù)軟件的開發(fā)工作提供參考。

本文還使用Qt框架的自定義事件系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的信號與槽實現(xiàn)輔助線程與主線程間通信應(yīng)用進(jìn)行了嘗試研究工作。并對兩種事件的發(fā)送方式（QApplication：：sendEvent（）和QApplication：：postEvent（））進(jìn)行了研究。

參考文獻(xiàn)

[1] Mark Summerfiled. Advanced Qt Programming[M]. Prentice Hall， 2010-7.

[2] Jasmin Blanchette， Mark Summerfield. C++ GUI Programming with Qt4[M]. Prentice Hall， 2008-2.