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、事件處理的面向對象編程的實例程序。

關鍵詞：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)的文本內容的搜索工具。該文件搜索工具在進行搜索時，會把搜索任務合理分配給輔助線程，并由輔助線程完成任務后由事件系統(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、事件處理的面向對象編程知識的綜合應用實例程序。

2Qt框架介紹

Qt是跨平臺的應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中的一個核心機制是信號與槽機制，它是Qt的基礎。信號與槽的設計使用了觀察者模式，當某個事件發(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。信號與槽機制取代了回調函數(shù)的實現(xiàn)方式，當信號發(fā)出時，被連接的槽函數(shù)會自動被回調，它可以讓應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應用程序是由事件循環(huán)驅動的。事件是各種由應用程序內部或者外部產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，響應事件的函數(shù)并不能立即響應，而是會進入事件序列，等待執(zhí)行。而信號與槽不同，信號發(fā)出后，關連的槽函數(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容讀取到內存，然后在讀取到的內容中匹配指定的搜索關鍵字，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，每個線程都有需要用來搜索的一個文件列表。每個線程在進行搜索任務的同時，通過使用一個自定義事件來與主線程進行通信，把搜索到的結果通知給主線程（GUI）進行匯總與顯示。

4詳細設計與實現(xiàn)

4.1界面設計

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)建一個搜索目錄設置框，一個搜索內容設置框，一個搜索結果顯示列表，一個搜索/取消按鈕。界面效果如圖1所示。

4.2搜索任務與界面顯示設計

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)的一開始設定stopped變量值為true，通知那些運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，清除搜索結果窗口中之前的搜索結果和狀態(tài)欄的搜索統(tǒng)計結果。

4.3任務分配與線程調度設計

文件搜索工具的具體搜索工作是在多個線程內完成的，所以主線程在會把搜索任務合理的分配給多個線程。在此使用QtConcurrent：：run（）函數(shù)調用任務線程，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)。

在本應用中使用searchFiles（）函數(shù)把任務分配給多個線程，并使線程運行。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，然后調用updateUi（）函數(shù)更新界面的顯示。把done變量設置成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，即為每個必須要檢索的文件通過函數(shù)和文件名調用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)獲取計算程序運行所在平臺上支持的輔助線程的最佳數(shù)目，并把任務進行劃分，使得每個輔助線程都能得到一個合理的任務數(shù)量。

chunkSize（）函數(shù)會完成此工作，它會對容器進行劃分，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搜索任務線程設計

搜索匹配函數(shù)searchFilesTask（）會被任務分配函數(shù)調用一次或多次，它們在一個或多個輔助線程中運行，每個任務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行搜索處理。在搜索任務線程中，每次搜索匹配文件內容之前，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)行的線程也會轉變成非激活態(tài)，如果沒有取消，則繼續(xù)運行。searchFilesTask（）函數(shù)的主要內容：

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，讀取文件中的內容，搜索是否含有搜索的關鍵字，如果沒有，進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，該事件應當使用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，它會析構并刪除此事件，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標志和fileName文本設置成可公開訪問，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，都把任務傳遞給基類的事件處理器。

5結束語

本文通過使用Qt應用框架實現(xiàn)了文件搜索工具，支持對文件內容的搜索，并支持多線程搜索?？蔀轭愃频膱D形界面、多線程復雜計算任務軟件的開發(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用進行了嘗試研究工作。并對兩種事件的發(fā)送方式（QApplication：：sendEvent（）和QApplication：：postEvent（））進行了研究。

參考文獻

[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.