用 PyQT 实现计算PI的小程序

07 Jun, 2012

本期操作系统理论课，在讲解线程时布置了一个课后实验作业：写一个可以计算PI的小程序，用户输入需要计算的位数，点击开始后，便开始计算，并实时显示在界面上，用户点击暂停后，计算将暂停，当然重新开始后，可以接着计算。

因为计算PI是一个比较耗时的任务，而且需要随时可以暂停，于是就需要使用多线程，程序主界面做为主线程，然后计算PI可以作为另一个线程，这样主界面就不用受制于PI的计算，从而不会出现卡顿等不正常的问题。当然，可以使用系统级的线程，不过这样就比较麻烦了，实现起来还是比较困难的，不过既然需要用到界面开发，相信很多开发工具会提供更加易用的线程处理方法。于是现在有两个问题需要解决：

界面设计支持，并提供易用的线程处理方法
PI的计算

对于第一个问题，因为在 Linux 下，首先想到的是 GTK，不过 GUI 程序设计最麻烦的还是界面的布局了，在和 Qt 比较后，选择了 Qt，因为 Qt 中有一个例子，界面和我想象的差不多，稍微修改一下便可，而且 Qt 中对线程的处理方法我比较喜欢， GTK 的看着觉得混乱。

第二个问题，需要控制PI的小数位，很多算法并不能控制小数位的生成，不过最后找到了spigot algorithm这个算法，而且还有一个 Python 的实现，这个实现可以一位一位的计算出PI的值，简直就和要求搭配的天衣无缝，更何况是使用的 Python 呢。算法如下：

def pi_digits():
    """generator for digits of pi"""
    q,r,t,k,n,l = 1,0,1,1,3,3
    while True:
        if 4*q+r-t < n*t:
            yield n
            q,r,t,k,n,l = (10*q,10*(r-n*t),t,k,(10*(3*q+r))/t-10*n,l)
        else:
            q,r,t,k,n,l = (q*k,(2*q+r)*l,t*l,k+1,(q*(7*k+2)+r*l)/(t*l),l+2)

pi = pi_digits()

这将返回一个生成器，于是以后不断的调用pi.next()便可以一位一位的生成 Pytho的值了。

这下就确定使用 PyQt 进行开发。先展示一张效果图，在 Ubuntu 下：

PyQT 采用了 Qt 的线程处理方式，Qt 提供一个叫QThread类，该类提供了创建一个新线程以及控制线程运行的各种方法。线程是通过重写该类下的run方法开始执行的。在 Qt 系统中，始终运行着一个 GUI 主事件线程，这个主线程从窗口系统中获取事件，并将它们分发到各个组件去处理。

对于窗口系统的事件分发， QT采用的信号\槽模式，主线程和子线程之间的通信也可以使用信号\槽模式,在这个例子中，子线程向主线程发送数据便是采用的这个方法。在实现两个不同的线程对共有数据的互斥访问处理上，Qt 还提供了QMutex类来实现锁机制。当需要结束子线程时，需要使用QThread类中的wait方法将其阻塞，然后等待操作系统的调度将其回收。

在实现中，因为计算PI的位数需要使用用户的输入值，因此为了便于可以多次使用，子线程是在用户点击开始后才创建的，创建时初始化位数，在点击重置后，便撤销掉这个线程。而在撤销线程时，就比较麻烦了，需要先断掉与这个线程连接的槽，然后停止，然后阻塞，最后等操作系统的调度将其删除。下面就是撤销一个线程的代码：

self.disconnect(self.timer, QtCore.SIGNAL("updateresult"),
                            self.updateResult)
self.timer.stop()
self.timer.quit()
self.timer.wait()
self.timer.deleteLater()

小记：

这个计算PI的算法很是方便，于是便给同学推荐，因为他使用的是MFC,于是尝试改用C来实现，不过怎么都有问题，经过在 Python 上调试才发现，进行循环后，后面的数将越来越大，已经不是C语言的基本类型所能容纳的，看来这个算法只适合支持大整数的语言。
PyQt 真心方便啊, Python 真心简洁啊，这个程序只用了150行，大大的节省了打印纸张数，为环保做了大贡献（现在还不理解为什么需要交打印稿，直接电子稿不环保的多嘛）。

全部程序代码在这里，欢迎参观：RockPI