Qtでのシグナルとスロットの動作（パート2）

翻訳者から：これは、Qt 5の信号とスロットの内部アーキテクチャに関するOlivier Goffartによる記事の翻訳の第2部です 。第1部の翻訳はこちらです。

Qt5の新しい構文

新しい構文は次のようになります。

QObject::connect(&a, &Counter::valueChanged, &b, &Counter::setValue); 

この投稿では、新しい構文の利点について既に説明しました。 つまり、新しい構文では、コンパイル時に信号とスロットをチェックできます。 引数がまったく同じタイプでない場合、引数を自動的に変換することもできます。 また、ボーナスとして、この構文を使用すると、ラムダ式を使用できます。

新しいオーバーロードメソッド

これが機能するために必要な変更はわずかでした。 主なアイデアは、新しいQObject ::接続オーバーロードです。これは、char *ではなく関数ポインターを引数として受け取ります。 これらは3つの新しいメソッド（擬似コード）です。

 QObject::connect(const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, const QObject *receiver, PointerToMemberFunction slot, Qt::ConnectionType type); QObject::connect(const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, PointerToFunction method) QObject::connect(const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, Functor method) 

最初の方法は、古い構文に最も近い方法です。送信側の信号を受信側のスロットに接続します。 他の2つはこの接続をオーバーロードし、静的関数とレシーバーなしのファンクターを信号に接続します。 すべての方法は非常に似ており、この投稿では最初の方法のみを分析します。

メンバー関数ポインター

説明を続ける前に、メンバー関数へのポインターについて少しお話ししたいと思います。 以下は、関数へのポインターを宣言して呼び出す非常に簡単なコードです。

 //  myFunctionPtr   - //   void     int void (QPoint::*myFunctionPtr)(int); myFunctionPtr = &QPoint::setX; QPoint p; QPoint *pp = &p; (p.*myFunctionPtr)(5); //  p.setX(5); (pp->*myFunctionPtr)(5); //  pp->setX(5); 

メンバーポインターとメンバー関数ポインターは、C ++サブセットの一般的な部分であり、あまり一般的に使用されていないため、あまり知られていません。 良いニュースは、Qtとこの新しい構文を使用するためにこれについて知る必要がないことです。 覚えておく必要があるのは、接続の信号名の前と前に配置する必要があるものだけです。 魔法の演算子:: * ,. *または-> *を扱う必要はありません。 これらの魔法の演算子を使用すると、メンバー関数へのポインターを宣言してアクセスできます。 このようなポインターの型には、戻り値の型、関数が属するクラス、すべての引数の型、および関数のconst指定子が含まれます。

メンバー関数へのポインターは、sizeofが異なるため、特にvoidに変換することはできません。 関数のシグネチャがわずかに異なる場合、ある関数から別の関数に変換することはできません。 たとえば、 void（MyClass :: *）（int）constからvoid（MyClass :: *）（int）への変換も許可されていません（reinterpret_castでこれを行うことができますが、標準に従って、未定義の動作（未定義の動作） ）関数を呼び出そうとした場合）。

メンバー関数ポインターは、通常の関数ポインターだけではありません。 通常の関数ポインターは、単に機能コードが配置されているアドレスへのポインターです。 ただし、メンバー関数へのポインターには、より多くの情報を保存する必要があります。多重継承の場合、メンバー関数は仮想であり、非表示の場合はオフセットを持つこともできます。 メンバー関数ポインターのsizeofは、クラスに応じて異なる場合もあります 。 そのため、それらを操作するための特別なケースが必要です。

型特性クラス：QtPrivate :: FunctionPointer

タイプQtPrivate :: FunctionPointerのプロパティのクラスを紹介します。 プロパティクラスは基本的に、この型に関するメタデータを返すヘルパークラスです。 Qtのプロパティクラスの別の例はQTypeInfoです。 新しい構文の実装のフレームワークで知る必要があるのは、関数へのポインタに関する情報です。 template <typename T> struct FunctionPointerは、メンバーを通じてTに関する情報を提供します。

• ArgumentCount-関数の引数の数を表す数値
• オブジェクト-存在します。メンバー関数へのポインターに対してのみ、クラスのtypedefであり、そのメンバー関数へのポインターです。
• 引数-引数のリスト、メタプログラミングリストのtypedefを表します
• call（T＆function、QObject * receiver、void ** args）-渡されたパラメーターで関数を呼び出す静的関数

Qtは引き続きC ++ 98コンパイラをサポートしています。つまり、残念ながら、可変数の引数を持つテンプレート（variadicテンプレート）のサポートを要求することはできません。 言い換えると、引数の数ごとにプロパティのクラス用に関数を特殊化する必要があります。 4つのタイプの特殊化があります：関数への通常のポインター、メンバー関数へのポインター、定数メンバー関数へのポインター、およびファンクター。 タイプごとに、引数の数ごとに特殊化が必要です。 最大6つの引数をサポートしています。 コンパイラが可変数の引数を持つテンプレートをサポートしている場合、任意の数の引数に対して、可変数の引数を持つテンプレートを使用する特殊化もあります。 FunctionPointerの実装はqobjectdefs_impl.hにあります。

QObject ::接続

実装は定型コードの多くに依存します。 これについては説明しません。 qobject.hからの最初の新しいオーバーロードのコードは次のとおりです。

 template <typename Func1, typename Func2> static inline QMetaObject::Connection connect( const typename QtPrivate::FunctionPointer<Func1>::Object *sender, Func1 signal, const typename QtPrivate::FunctionPointer<Func2>::Object *receiver, Func2 slot, Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection) { typedef QtPrivate::FunctionPointer<Func1> SignalType; typedef QtPrivate::FunctionPointer<Func2> SlotType; //   ,     Q_STATIC_ASSERT_X(int(SignalType::ArgumentCount) >= int(SlotType::ArgumentCount), ""The slot requires more arguments than the signal provides.""); Q_STATIC_ASSERT_X((QtPrivate::CheckCompatibleArguments<typename SignalType::Arguments, typename SlotType::Arguments>::value), ""Signal and slot arguments are not compatible.""); Q_STATIC_ASSERT_X((QtPrivate::AreArgumentsCompatible<typename SlotType::ReturnType, typename SignalType::ReturnType>::value), ""Return type of the slot is not compatible with the return type of the signal.""); const int *types; /* ...   ,   QueuedConnection ...*/ QtPrivate::QSlotObjectBase *slotObj = new QtPrivate::QSlotObject<Func2, typename QtPrivate::List_Left<typename SignalType::Arguments, SlotType::ArgumentCount>::Value, typename SignalType::ReturnType>(slot); return connectImpl(sender, reinterpret_cast<void **>(&signal), receiver, reinterpret_cast<void **>(&slot), slotObj, type, types, &SignalType::Object::staticMetaObject); } 

ドキュメントに示されているように、送信者と受信者はQObject *だけではないことに、関数の署名で気付きました。 これらは、実際にはtypename FunctionPointer :: Objectへのポインターです。 メンバ関数へのポインタのみに含まれるオーバーロードを作成するには、 SFINAEを使用します。 これは 、 ObjectPointは 、型がメンバ関数へのポインタである場合にのみFunctionPointerに存在するためです。

次に、Q_STATIC_ASSERTの束から始めます。 ユーザーが間違えた場合、意味のあるコンパイルエラーを生成する必要があります。 ユーザーが何か間違ったことをした場合は、_impl.hファイルのテンプレートコードヌードルではなく、ここでエラーを確認することが重要です。 ユーザーが心配しないように、内部実装を非表示にする必要があります。 これは、実装の詳細に理解できないエラーが表示された場合、報告する必要があるエラーと見なされることを意味します。

次に、QSlotObjectのインスタンスを作成し、connectImpl（）に渡します。 QSlotObjectは、スロットの呼び出しに役立つラッパーです。 彼女はまた、信号引数のタイプを知っており、適切なタイプ変換を行うことができます。 List_Leftを使用するのは、スロットと同じ数の引数のみを渡すためです。これにより、信号よりも引数の少ないスロットに信号を接続できます。

QObject :: connectImplは、接続を実行するプライベート内部関数です。 QObjectPrivate :: Connection構造体にメソッドインデックスを保存する代わりに、QSlotObjectBaseへのポインターを保存するという違いはありますが、元の構文に似ています。

void **として渡してスロットする理由は、タイプがQt :: UniqueConnectionの場合に比較できるようにするためです。 また、void **として渡します。 これは、メンバー関数へのポインターへのポインターです。

シグナルインデックス

シグナルポインターとシグナルインデックスを接続する必要があります。 これにはMOCを使用します。 はい、これは、この新しい構文がまだMOCを使用しており、それを取り除く計画がないことを意味します:-)。 MOCはqt_static_metacallでコードを生成し、パラメーターを比較して正しいインデックスを返します。 connectImplは、関数ポインターへのポインターでqt_static_metacall関数を呼び出します。

 void Counter::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a) { if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) { /* ....  ....*/ } else if (_c == QMetaObject::IndexOfMethod) { int *result = reinterpret_cast<int *>(_a[0]); void **func = reinterpret_cast<void **>(_a[1]); { typedef void (Counter::*_t)(int ); if (*reinterpret_cast<_t *>(func) == static_cast<_t>(&Counter::valueChanged)) { *result = 0; } } { typedef QString (Counter::*_t)(const QString & ); if (*reinterpret_cast<_t *>(func) == static_cast<_t>(&Counter::someOtherSignal)) { *result = 1; } } { typedef void (Counter::*_t)(); if (*reinterpret_cast<_t *>(func) == static_cast<_t>(&Counter::anotherSignal)) { *result = 2; } } } } 

シグナルインデックスができたので、前の構文と同様の構文を使用できます。

QSlotObjectBase

QSlotObjectBaseは、スロットを反映するconnectImplに渡されるオブジェクトです。 現在のコードを表示する前に、QObject :: QSlotObjectBaseを示します。これはQt5アルファ版でした：

 struct QSlotObjectBase { QAtomicInt ref; QSlotObjectBase() : ref(1) {} virtual ~QSlotObjectBase(); virtual void call(QObject *receiver, void **a) = 0; virtual bool compare(void **) { return false; } }; 

これは基本的に、関数ポインターの呼び出しと比較を実装するテンプレートクラスを介して再実装されるように設計されたインターフェイスです。 これは、テンプレートクラスQSlotObject、QStaticSlotObject、またはQFunctorSlotObjectのいずれかによって実装されます。

偽の仮想テーブル

問題は、そのようなオブジェクトをインスタンス化するたびに、仮想関数へのポインタだけでなく、 RTTIなどの必要のない多くの情報も含む仮想テーブルを作成する必要があることです。 これは、大量の冗長データとバイナリファイルの急増につながります。 これを回避するために、QSlotObjectBaseはポリモーフィッククラスではないように変更されました。 仮想機能は手動でエミュレートされます。

 class QSlotObjectBase { QAtomicInt m_ref; typedef void (*ImplFn)(int which, QSlotObjectBase* this_, QObject *receiver, void **args, bool *ret); const ImplFn m_impl; protected: enum Operation { Destroy, Call, Compare }; public: explicit QSlotObjectBase(ImplFn fn) : m_ref(1), m_impl(fn) {} inline int ref() Q_DECL_NOTHROW { return m_ref.ref(); } inline void destroyIfLastRef() Q_DECL_NOTHROW { if (!m_ref.deref()) m_impl(Destroy, this, 0, 0, 0); } inline bool compare(void **a) { bool ret; m_impl(Compare, this, 0, a, &ret); return ret; } inline void call(QObject *r, void **a) { m_impl(Call, this, r, a, 0); } }; 

m_implは、以前の仮想関数であった3つの操作を実行する通常の関数ポインターです。 繰り返し実装は、コンストラクターで機能するように設定されます。

あなたはそれが良いことを読んだので、あなたのコードに戻ってこの方法ですべての仮想関数を変更する必要はありません。 ほとんどすべての接続呼び出しが新しい異なるタイプを生成するため、これはこの場合にのみ行われます（QSsignObjectから開始し、シグナルシグネチャとスロットに依存するテンプレートパラメータがあります）。

保護された、開いた、閉じた信号

シグナルはQt4以前で保護されていました。 オブジェクトの状態が変化したときに信号をオブジェクトから送信するように設計することを選択しました。 それらはオブジェクトの外部から呼び出されるべきではなく、他のオブジェクトからシグナルを呼び出すことはほとんど常に悪い考えです。

ただし、新しい構文を使用すると、接続を作成した時点で信号アドレスを取得できるはずです。 コンパイラは、シグナルにアクセスできる場合にのみこれを許可します。 書き込みとカウンター:: valueChangedは、信号が開いていない場合、コンパイルエラーを生成します。

Qt5では、信号を保護からオープンに変更する必要がありました。 残念ながら、これは誰でも信号を発信できることを意味します。 これを修正する方法が見つかりませんでした。 私たちは、 emitキーワードを使ってトリックを試しました。 特別な意味を返そうとしました。 しかし、何もうまくいきませんでした。 新しい構文の利点は、信号が現在開いているときの問題を克服すると信じています。

場合によっては、信号を閉じることをお勧めします。 これは、たとえばQAbstractItemModelの場合です。そうでない場合、開発者はAPIが必要としない派生クラスで信号を送信する傾向があります。 彼らは、信号を閉じたプリプロセッサトリックを使用しましたが、新しい接続構文を破りました。

新しいハックが導入されました。 QPrivateSignalは、Q_OBJECTマクロで閉じられていると宣言された空の構造です。 信号の最後のパラメーターとして使用できます。 閉じられているので、オブジェクトだけがシグナルを呼び出すためにそれを作成する権利を持っています。 MOCは 、署名情報を作成するときに最後のQPrivateSignal引数を無視します。 例については、 qabstractitemmodel.hを参照してください。

より定型的なコード

残りのコードはqobjectdefs_impl.hおよびqobject_impl.hにあります。 これは基本的に退屈な定型コードです。 この投稿の詳細については詳しく説明しませんが、言及する価値のあるいくつかのポイントについては説明します。

メタプログラミングリスト

前述のように、FunctionPointer :: Argumentsは引数のリストです。 コードはこのリストで機能する必要があります。要素ごとに要素を反復するか、その一部のみを取得するか、この要素を選択します。 これが、QtPrivate :: Listが型のリストとして表現できる理由です。 いくつかのヘルパークラスはQtPrivate :: List_SelectおよびQtPrivate :: List_Leftです。これらは、リストのN番目の要素と最初のN個の要素を含むリストの一部を返します。

Listの実装は、可変数のパラメーターを持つテンプレートをサポートし、それらをサポートしないコンパイラーでは異なります。 可変数のパラメーターを持つテンプレートの場合：

 template<typename... T> struct List; 

引数リストは、単にテンプレートパラメータを非表示にします。 たとえば、引数（int、Qstring、QObject *）を含むリストのタイプは次のようになります。

 List<int, QString, QObject *> 

可変数のパラメーターを持つテンプレートがない場合、これはLISPスタイルになります。

 template<typename Head, typename Tail > struct List; 

Tailは、リストの最後にある他のリストまたは無効にすることができます。 この場合の前の例は次のようになります。

 List<int, List<QString, List<QObject *, void>>> 

ApplyReturnValueトリック

FunctionPointer :: call関数では、args [0]を使用してスロットの戻り値を取得します。 シグナルが値を返す場合、それはシグナルの戻り値の型を持つオブジェクトへのポインターになります。そうでない場合は0です。スロットが値を返す場合、それをarg [0]にコピーする必要があります。 無効の場合、何もしません。

問題は、voidを返す関数の戻り値を使用することは構文的に正しくないことです。 大量のコードを複製する必要があります。1回はvoidの戻り値用で、もう1つはvoid以外の値用です。 いいえ、コンマ演算子のおかげです。

C ++では、これを行うことができます。

 functionThatReturnsVoid(), somethingElse(); 

コンマをセミコロンに置き換えることができ、これはすべて素晴らしいことです。 void以外で呼び出すと興味深いものになります。

 functionThatReturnsInt(), somethingElse(); 

ここでは、コンマが呼び出されるステートメントになり、オーバーロードすることもできます。 これは、 qobjectdefs_impl.hで行うことです 。

 template <typename T> struct ApplyReturnValue { void *data; ApplyReturnValue(void *data_) : data(data_) {} }; template<typename T, typename U> void operator,(const T &value, const ApplyReturnValue<U> &container) { if (container.data) *reinterpret_cast<U*>(container.data) = value; } template<typename T> void operator,(T, const ApplyReturnValue<void> &) {} 

ApplyReturnValueは、単なるvoid *のラッパーです。 現在、これは目的のヘルパーエンティティで使用できます。 引数なしのファンクターの例を次に示します。

 static void call(Function &f, void *, void **arg) { f(), ApplyReturnValue<SignalReturnType>(arg[0]); } 

このコードはインラインであるため、実行時のパフォーマンスに関しては何もかかりません。