Qt线程间数据通讯及数据共享

1、背景介绍

在使用QT做项目开发过程中，经常会用到多线程，比如图像采集一个线程，图像处理一个线程、数据通讯一个线程。这些不同的线程中会出现数据共享的需求，Qt线程间共享数据主要有三种方式：

1.使用共享内存；即两个线程都能够共享的变量（全局变量），这样两个线程都能够访问和修改变量，从而达到恭喜目的；

2.使用信号槽机制，将数据从一个线程传递到另外一个线程

3.共享类指针来进行访问不同类的变量和函数；
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2、 方法介绍

第一种方法，使用全局变量或全局函数，在其他类或线程中调用，这是各种编程语言中都通用的方法，但全局变量长时间占用内存，影响程序空间使用率，且全局变量修改影响整个程序，程序的安全性无法保证，一般尽量少用全局变量或函数，这种方法不展开介绍了。

2.1 信号槽进行数据通讯

信号槽功能是QT特有的功能，使用信号槽需要注意以下几个事项：

只有QObject类及其派生的类才能使用信号和槽的机制 在线程间使用信号槽进行通信时，槽参数必须使用元数据类型的参数； 如果使用自定义的数据类型，需要在connect之前将其注册（qRegisterMetaType）为元数据类型； 线程间用信号槽传递参数的话，要加const，因为const文字常量存在常量区中，生命周期和程序一样长。这样可以避免slot调用的时候参数的运行期已过造成引用无效；

这里我用一个balser相机线程采图使用信号槽发到UI线程显示的Demo来展示一下线程间通过信号槽的数据通讯。

/*图像采集线程头文件*/
/*GrabThread.h*/
#pragma execution_character_set("utf-8")
#ifndef _GRABTHREAD_H
#define _GRABTHREAD_H
#include <Qtwidgets>
#include <QtCore>
#include <QtGui>
#include <pylon/PylonIncludes.h>
#include <QThread>
#include "opencv2/opencv.hpp"

using namespace Pylon;

class GrabThread : public QThread
{
    Q_OBJECT

public:
    GrabThread();
    ~GrabThread();

    void run();
    void init(CInstantCamera &m_camera);
    bool isInit();
    void stop();
    void save(bool);
    void grab(int g =1);
    cv::Mat Result2Mat(CGrabResultPtr &ptrGrabResult);

    CInstantCamera *m_camera;
    CGrabResultPtr ptrGrabResult; //Basler 获取结果指针
    CImageFormatConverter m_formatConverter;//Basler 图片格式转换类
    CPylonImage pylonImage; //Basler 图像格式
    QImage m_image; //Qt图片格式
    QPixmap m_pix;
    String_t m_prefix;

    bool m_stop;
    bool m_init;
    bool m_save;
    
    int m_grab; //获取图像策略 0表示连续获取，1表示获取单帧
    int m_num_one;
    int m_num_continue;
    
signals:
    //发给UI线程的信号
    void ThreadPic(cv::Mat outputPix);

};
#endif// GRABTHREAD_H

GrabThread.cpp

#include "GrabThread.h"

GrabThread::GrabThread()
{
    m_formatConverter.OutputPixelFormat = PixelType_Mono8;
    m_stop = false;
    m_init = false;
    m_save = false;
    m_grab = 0;
    m_num_continue = 0;
    m_num_one = 0;
}

GrabThread::~GrabThread()
{
}

void GrabThread::run()
{
    try
    {
        m_camera->StartGrabbing(GrabStrategy_LatestImageOnly);
        while (m_camera->IsGrabbing() && !m_stop)
        {
            m_camera->RetrieveResult(5000000, ptrGrabResult);
            if (ptrGrabResult->GrabSucceeded())
            {
                //格式转换
                cv::Mat MatImg = Result2Mat(ptrGrabResult);
                // qDebug() << "转换成功" << endl;
                //发射信号
                emit ThreadPic(MatImg);
            }

        }
        m_stop = false;
        m_camera->StopGrabbing();
    }
    catch (const GenericException &e)
    {
        // Error handling.
        qDebug() << "An exception occurred." << endl
            << e.GetDescription() << endl;
    }
    return;
}

void GrabThread::init(CInstantCamera &input_camera)
{
    m_camera = &input_camera;
    m_init = true;
}

bool GrabThread::isInit()
{
    return m_init;
}

void GrabThread::stop()
{
    m_stop = true;
    this->wait();
}

void GrabThread::save(bool s)
{
    m_save = s;
}

void GrabThread::grab(int g)
{
    m_grab = g;
}

cv::Mat GrabThread::Result2Mat(CGrabResultPtr &ptrGrabResult)
{
    格式转换
    m_formatConverter.Convert(pylonImage, ptrGrabResult);
    uchar * din = (uchar *)(pylonImage.GetBuffer()); //数据指针
    cv::Mat cvImage = cv::Mat(ptrGrabResult->GetHeight(),ptrGrabResult->GetWidth(),CV_8UC1,din).clone();
    return cvImage;
}

在采集线程中发出的信号，在UI线程就要有对应的槽函数。

/* imgShowWidget.h */
#ifndef IMGSHOWWIDGET_H
#define IMGSHOWWIDGET_H

#include <QWidget>
#include "opencv2/opencv.hpp"

namespace Ui {
class ImgShowWidget;
}

class ImgShowWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit ImgShowWidget(QWidget *parent = 0);
    ~ImgShowWidget();

private:
    Ui::ImgShowWidget *ui;
    QImage cvMat2QImage(const cv::Mat& mat);
    cv::Mat QImage2Mat(QImage image);

private slots:
    //显示图像的槽函数
    void Thread_Img(cv::Mat img);
};
#endif // IMGSHOWWIDGET_H

ImgShowWidget.cpp

#include "imgshowwidget.h"
#include "ui_imgshowwidget.h"
#include <QDebug>
#include <QElapsedTimer>
using namespace cv;
ImgShowWidget::ImgShowWidget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::ImgShowWidget)
{
    ui->setupUi(this);
    qRegisterMetaType<Mat>("Mat");
}

ImgShowWidget::~ImgShowWidget()
{
    delete ui;
}

void ImgShowWidget::Thread_Img(cv::Mat img)
{
    QImage Qimg;
    if(isWork)
    {
        QElapsedTimer ElapsedTimer;
        ElapsedTimer.start();
        Mat ResultImg = m_ProcessObj->DetectProcess(img);
        qDebug()<<"耗时"<<ElapsedTimer.elapsed()<<"毫秒";
        Qimg = cvMat2QImage(ResultImg);
    }
    else
    {
        Qimg = cvMat2QImage(img);
    }
    QPixmap m_pix = QPixmap::fromImage(Qimg);
    m_pix = m_pix.scaled(ui->PicShow->size(), Qt::KeepAspectRatio);
    ui->PicShow->setPixmap(m_pix);
}

QImage ImgShowWidget::cvMat2QImage(const cv::Mat &mat)
{
    switch ( mat.type() )
    {
    // 8-bit  4 channel
    case CV_8UC4:
    {
        QImage image( (const uchar*)mat.data, mat.cols, mat.rows, static_cast<int>(mat.step), QImage::Format_RGB32 );
        return image;
    }
        // 8-bit  3 channel
    case CV_8UC3:
    {
        QImage image( (const uchar*)mat.data, mat.cols, mat.rows, static_cast<int>(mat.step), QImage::Format_RGB888 );
        return image.rgbSwapped();
    }
        // 8-bit  1 channel
    case CV_8UC1:
    {
        static QVector<QRgb>  sColorTable;
        // only create our color table once
        if ( sColorTable.isEmpty() )
        {
            sColorTable.resize( 256 );
            for ( int i = 0; i < 256; ++i )
            {
                sColorTable[i] = qRgb( i, i, i );
            }
        }
        QImage image( (const uchar*)mat.data, mat.cols, mat.rows, static_cast<int>(mat.step), QImage::Format_Indexed8 );
        image.setColorTable( sColorTable );
        return image;
    }
    default:
        qDebug("Image format is not supported: depth=%d and %d channels\n", mat.depth(), mat.channels());
        qWarning() << "cvMatToQImage - cv::Mat image type not handled in switch:" << mat.type();
        break;
    }

    return QImage();
}

这里就是第一种信号槽的方法，通过emit ThreadPic(MatImg)发送信号，在UI线程通过槽函数Thread_Img(cv::Mat img)来接收Mat类型的图像进行显示，这里Mat类型不是Qt的元数据，所以要使用qRegisterMetaType<Mat>("Mat")来进行注册。

2.2 共享类指针来实现同步调用

如果我创建了一个数据类来保存图像处理时的数据，在图像采集的时候要讲采集的图像放到数据类里，UI线程还会设置不同的变量参数也要放到数据类里，在处理线程要使用数据的时候就需要去数据类去读取数据，这么多类同时去读写，如何才能实现同步共享，这里就需要在UI线程创建各个类之后进行指针的共享。

        m_ImgProcessObj = new ImgProcessThread();
        //初始化数据类
        currentData = new MyData();
        m_Product = new productManager(this);
        m_Product->GetMyDataPoint(currentData);
        m_ImgProcessObj->GetMyDataPoint(currentData);

这里使用GetMyDataPoint这个函数将数据类指针共享给其他类的需要调用数据的指针，其实就是两个指针指向同一内存地址。

void ImgProcessThread::GetMyDataPoint(MyData *DPoint)
{
    DataPoint = DPoint;
}

这样在图像处理类里就可以用DataPoint 这个指针自由的调用数据类的成员变量和函数了，当然这里要引用数据类的头文件。

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