Qt 监控USB设备的插入和移除

flyfish

Ubuntu22.04
Qt 6.2.4

CMakeLists.txt 内容

# 指定 CMake 的最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.16)# 定义项目的名称和使用的编程语言
project(USBMonitor LANGUAGES CXX)# 开启自动 UIC，MOC 和 RCC 工具
set(CMAKE_AUTOUIC ON)       # 自动运行 uic 工具处理 .ui 文件
set(CMAKE_AUTOMOC ON)       # 自动运行 moc 工具处理 Qt 的元对象系统
set(CMAKE_AUTORCC ON)       # 自动运行 rcc 工具处理资源文件# 设置 C++ 标准为 C++17，并且要求编译器必须支持 C++17
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 查找 Qt 库，并指定所需的组件
find_package(QT NAMES Qt6 Qt5 REQUIRED COMPONENTS Core libudev)  # 尝试查找 Qt6 或 Qt5 库，并且要求 Core 和 libudev 组件
find_package(Qt${QT_VERSION_MAJOR} REQUIRED COMPONENTS Core)     # 根据找到的 Qt 版本（Qt6 或 Qt5），再次查找 Core 组件# 包含 GNUInstallDirs 模块，该模块定义了一些标准的安装目录变量
include(GNUInstallDirs)# 定义一个可执行目标 USBMonitor，并指定其源文件为 main.cpp
add_executable(USBMonitormain.cpp
)# 将 Qt Core 库和 udev 库链接到 USBMonitor 可执行文件
target_link_libraries(USBMonitor PRIVATE Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Core udev)# 定义安装目标 USBMonitor 的安装路径
install(TARGETS USBMonitorLIBRARY DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_LIBDIR}  # 指定库文件的安装路径RUNTIME DESTINATION ${CMAKE_INSTALL_BINDIR}  # 指定可执行文件的安装路径
)

当然，我可以详细解释 CMakeLists.txt 文件中的每一项以及它们在编译过程中的作用。

编译过程中的内部操作

1. 解析 CMakeLists.txt：

   • CMake 读取 CMakeLists.txt 文件，解析其中的指令和变量设置。

2. 查找和配置依赖库：

   • find_package 命令会查找 Qt 库和 libudev 库，并设置相应的变量，如 Qt6::Core 和 UDEV_LIBRARIES。

3. 生成构建文件：

   • CMake 生成适合特定构建系统的文件，如 Makefile（对于 Unix 系统）或 Visual Studio 项目文件（对于 Windows 系统）。

4. 编译源文件：

   • 构建系统（如 make）根据生成的构建文件编译源文件 main.cpp，生成目标文件 main.cpp.o。

5. 链接目标文件：

   • 构建系统将目标文件 main.cpp.o 与 Qt6::Core 和 udev 库链接，生成最终的可执行文件 USBMonitor。

6. 安装目标（可选）：

   • 如果运行 make install 命令，构建系统会将生成的可执行文件 USBMonitor 安装到指定的目录，如 /usr/local/bin。

源码

#include <QCoreApplication>  // 包含 Qt 核心模块
#include <QSocketNotifier>   // 包含 QSocketNotifier 类
#include <QDebug>            // 包含调试输出功能
#include <unistd.h>          // 包含 POSIX 操作系统 API
#include <fcntl.h>           // 包含文件控制选项
#include <libudev.h>         // 包含 libudev 库
#include <sys/inotify.h>     // 包含 inotify API
#include <errno.h>           // 包含错误码定义// 定义 UsbMonitor 类，继承自 QObject
class UsbMonitor : public QObject {Q_OBJECT  // 宏，用于 Qt 元对象系统public:// 构造函数UsbMonitor(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) {// 初始化 udevudev = udev_new();  // 创建 udev 上下文if (!udev) {qCritical() << "无法初始化 udev";  // 如果初始化失败，输出错误信息return;}// 创建 udev 监视器udev_monitor = udev_monitor_new_from_netlink(udev, "udev");  // 创建 udev 监视器if (!udev_monitor) {qCritical() << "无法创建 udev 监视器";  // 如果创建失败，输出错误信息return;}// 过滤只监听 USB 设备udev_monitor_filter_add_match_subsystem_devtype(udev_monitor, "usb", NULL);  // 过滤只监听 USB 子系统的设备udev_monitor_enable_receiving(udev_monitor);  // 启用接收事件// 获取 udev 监视器的文件描述符int udev_fd = udev_monitor_get_fd(udev_monitor);  // 获取 udev 监视器的文件描述符// 检查文件描述符是否有效if (fcntl(udev_fd, F_GETFD) == -1) {  // 使用 fcntl 检查文件描述符是否有效qCritical() << "无效的文件描述符:" << udev_fd;  // 如果无效，输出错误信息return;}// 创建 QSocketNotifier 并连接信号notifier = new QSocketNotifier(udev_fd, QSocketNotifier::Read, this);  // 创建 QSocketNotifier 对象connect(notifier, &QSocketNotifier::activated, this, &UsbMonitor::onUdevEvent);  // 连接 QSocketNotifier 的 activated 信号到 onUdevEvent 槽函数}// 析构函数~UsbMonitor() {if (notifier) {delete notifier;  // 释放 QSocketNotifier 对象}if (udev_monitor) {udev_monitor_unref(udev_monitor);  // 释放 udev 监视器}if (udev) {udev_unref(udev);  // 释放 udev 上下文}}private slots:// 处理 udev 事件的槽函数void onUdevEvent(int socket) {// 从 udev 监视器读取事件struct udev_device *dev = udev_monitor_receive_device(udev_monitor);  // 从 udev 监视器读取设备事件if (dev) {const char *action = udev_device_get_action(dev);  // 获取事件动作const char *devnode = udev_device_get_devnode(dev);  // 获取设备节点const char *devtype = udev_device_get_devtype(dev);  // 获取设备类型if (action && devnode && devtype) {if (strcmp(action, "add") == 0) {qDebug() << "USB 设备插入:" << devnode;  // 如果是插入事件，输出设备节点} else if (strcmp(action, "remove") == 0) {qDebug() << "USB 设备移除:" << devnode;  // 如果是移除事件，输出设备节点}}udev_device_unref(dev);  // 释放 udev_device 对象}}private:struct udev *udev;  // udev 上下文struct udev_monitor *udev_monitor;  // udev 监视器QSocketNotifier *notifier;  // QSocketNotifier 对象
};// 主函数
int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);  // 创建 QCoreApplication 对象UsbMonitor monitor;  // 创建 UsbMonitor 对象return a.exec();  // 进入事件循环
}#include "main.moc"  // 包含 moc 生成的代码

运行结果

USB 设备移除: /dev/bus/usb/002/006
USB 设备插入: /dev/bus/usb/002/007
USB 设备移除: /dev/bus/usb/002/007
USB 设备插入: /dev/bus/usb/002/008

#include "main.moc" 的主要作用是确保 moc（Meta-Object Compiler）生成的代码能够被编译器正确处理。具体来说，moc 会生成一些额外的代码，这些代码需要被包含在源文件的末尾，以便在编译时能够正确链接和使用。

Qt 元对象系统：

Qt 的元对象系统提供了信号和槽机制、运行时类型信息（RTTI）、动态属性系统等功能。
为了实现这些功能，Qt 提供了一个工具 moc（Meta-Object Compiler），它会生成一些额外的 C++ 代码。

moc 生成的代码：

当在类中使用 Q_OBJECT 宏时，moc 会为该类生成一些额外的代码，这些代码包括信号和槽的实现、元对象数据等。
生成的代码通常保存在一个与源文件同名的 .moc 文件中，例如 main.cpp 对应的 main.moc。

包含 main.moc：

为了确保生成的代码能够被编译器正确处理，需要在源文件的末尾包含 main.moc 文件。
这样做是为了确保 moc 生成的代码在编译时能够被正确链接到的源文件中。

编译顺序：

编译器在处理源文件时，会按照文件中出现的顺序依次处理每一行代码。
如果在源文件的开头包含 main.moc，可能会导致编译器在处理 moc 生成的代码时，还没有看到类的定义，从而引发编译错误。
因此，通常在源文件的末尾包含 main.moc，确保类的定义已经完全可见。

libudev 库提供的函数 ，用于管理和监控硬件设备的变化。

1. udev_new()

• 原型：struct udev *udev_new(void);
• 作用：创建一个新的 udev 上下文。
• 返回值：成功时返回指向 udev 结构的指针，失败时返回 NULL。
• 示例：

  udev = udev_new();
  if (!udev) {qCritical() << "无法初始化 udev";return;
  }
  

2. udev_monitor_new_from_netlink()

• 原型：struct udev_monitor *udev_monitor_new_from_netlink(struct udev *udev, const char *name);
• 作用：创建一个新的 udev 监视器，用于监听来自内核的 netlink 事件。
• 参数：
  • udev：udev 上下文。
  • name：监视器的名称，通常为 "udev"。
• 返回值：成功时返回指向 udev_monitor 结构的指针，失败时返回 NULL。
• 示例：

  udev_monitor = udev_monitor_new_from_netlink(udev, "udev");
  if (!udev_monitor) {qCritical() << "无法创建 udev 监视器";return;
  }
  

3. udev_monitor_filter_add_match_subsystem_devtype()

• 原型：int udev_monitor_filter_add_match_subsystem_devtype(struct udev_monitor *udev_monitor, const char *subsystem, const char *devtype);
• 作用：为 udev 监视器添加一个过滤器，只监听特定子系统和设备类型的事件。
• 参数：
  • udev_monitor：udev 监视器。
  • subsystem：要监听的子系统，例如 "usb"。
  • devtype：要监听的设备类型，可以为 NULL 表示匹配所有设备类型。
• 返回值：成功时返回 0，失败时返回负数。
• 示例：

  udev_monitor_filter_add_match_subsystem_devtype(udev_monitor, "usb", NULL);
  

4. udev_monitor_enable_receiving()

• 原型：int udev_monitor_enable_receiving(struct udev_monitor *udev_monitor);
• 作用：启用 udev 监视器，开始接收事件。
• 参数：
  • udev_monitor：udev 监视器。
• 返回值：成功时返回 0，失败时返回负数。
• 示例：

  udev_monitor_enable_receiving(udev_monitor);
  

5. udev_monitor_get_fd()

• 原型：int udev_monitor_get_fd(struct udev_monitor *udev_monitor);
• 作用：获取 udev 监视器的文件描述符，用于监听事件。
• 参数：
  • udev_monitor：udev 监视器。
• 返回值：成功时返回文件描述符，失败时返回负数。
• 示例：

  int udev_fd = udev_monitor_get_fd(udev_monitor);
  

6. udev_monitor_receive_device()

• 原型：struct udev_device *udev_monitor_receive_device(struct udev_monitor *udev_monitor);
• 作用：从 udev 监视器中读取下一个设备事件。
• 参数：
  • udev_monitor：udev 监视器。
• 返回值：成功时返回指向 udev_device 结构的指针，失败时返回 NULL。
• 示例：

  struct udev_device *dev = udev_monitor_receive_device(udev_monitor);
  

7. udev_device_get_action()

• 原型：const char *udev_device_get_action(struct udev_device *udev_device);
• 作用：获取设备事件的动作（例如 "add" 或 "remove"）。
• 参数：
  • udev_device：设备对象。
• 返回值：成功时返回动作字符串，失败时返回 NULL。
• 示例：

  const char *action = udev_device_get_action(dev);
  

8. udev_device_get_devnode()

• 原型：const char *udev_device_get_devnode(struct udev_device *udev_device);
• 作用：获取设备的设备节点路径（例如 /dev/sdb1）。
• 参数：
  • udev_device：设备对象。
• 返回值：成功时返回设备节点路径字符串，失败时返回 NULL。
• 示例：

  const char *devnode = udev_device_get_devnode(dev);
  

9. udev_device_get_devtype()

• 原型：const char *udev_device_get_devtype(struct udev_device *udev_device);
• 作用：获取设备的类型（例如 "disk" 或 "partition"）。
• 参数：
  • udev_device：设备对象。
• 返回值：成功时返回设备类型字符串，失败时返回 NULL。
• 示例：

  const char *devtype = udev_device_get_devtype(dev);
  

10. udev_device_unref()

• 原型：void udev_device_unref(struct udev_device *udev_device);
• 作用：释放 udev_device 对象，减少其引用计数。
• 参数：
  • udev_device：设备对象。
• 示例：

  udev_device_unref(dev);
  

11. udev_monitor_unref()

• 原型：void udev_monitor_unref(struct udev_monitor *udev_monitor);
• 作用：释放 udev_monitor 对象，减少其引用计数。
• 参数：
  • udev_monitor：udev 监视器。
• 示例：

  udev_monitor_unref(udev_monitor);
  

12. udev_unref()

• 原型：void udev_unref(struct udev *udev);
• 作用：释放 udev 上下文对象，减少其引用计数。
• 参数：
  • udev：udev 上下文。
• 示例：

  udev_unref(udev);