信号和槽
1、信号和槽概述
说到信号，就不得不提到Linux中的信号了，这应该是每个C++程序员必备知识。当一个进程出现段错误或者出现除0错误，就会收到一个信号，进程就会终止运行。Linux内部的信号就是一种进程间通信的方式，也是以软件的方式模拟硬件中断。
对于Linux的信号，我们需要关注以下的内容：
1、信号源：谁发的信号。
2、信号的类型：哪种类别的信号。比如段错误segmentation fault，除零错误，还有对于管道当读取方关闭fd就会给发送方发送SIGPIPE信号等等。
3、信号的处理方式：注册信号的处理方式，在信号触发的时候自动调用执行。对于Linux来说分为忽略、默认动作、自定义动作。
Qt中的信号和Linux中的信号虽然不是一样的概念，但是有着相似之处。
对于Qt的信号，我们也是要关注以下内容：
1、信号源：哪个控件发出的信号。
2、信号的类型：用户进行不同的操作，就可能触发不同的信号。比如：点击按钮触发点击信号、在输入框中移动光标触发移动光标的信号，还有勾选复选框、选择下拉框等等，这些都会发出不同的信号。
3、信号的处理方式：槽(slot)，也就是函数。
在Qt中使用connect函数，把一个信号和一个槽关联起来，后续只要信号触发了，Qt就会自动执行槽函数。所谓的槽函数本质上就是一种回调函数callback。
- 在 Qt 中，用户和控件的每次交互过程称为一个事件。比如 "用户点击按钮" 是一个事件，"用户关闭窗口" 也是一个事件。每个事件都会发出一个信号，例如用户点击按钮会发出 "按钮被点击" 的信号，用户关闭窗口会发出 "窗口被关闭" 的信号。
- Qt 中的所有控件都具有接收信号的能力，一个控件还可以接收多个不同的信号。对于接收到的每个信号，控件都会做出相应的响应动作。例如，按钮所在的窗口接收到 "按钮被点击" 的信号后，会做出 "关闭自己" 的响应动作；再比如输入框自己接收到 "输入框被点击" 的信号后，会做出 "显示闪烁的光标，等待用户输入数据" 的响应动作。在 Qt 中，对信号做出的响应动作就称之为槽。
- 信号和槽是 Qt 特有的消息传输机制，它能将相互独立的控件关联起来。比如，"按钮" 和 "窗口" 本身是两个独立的控件，点击 "按钮" 并不会对 "窗口" 造成任何影响。通过信号和槽机制，可以将 "按钮" 和 "窗口" 关联起来，实现 "点击按钮会使窗口关闭" 的效果。
说明：
（1）信号和槽机制底层是通过函数间的相互调用实现的。每个信号都可以用函数来表示，称为信号函数；每个槽也可以用函数表示，称为槽函数。例如: "按钮被按下" 这个信号可以用 clicked() 函数表示，"窗口关闭" 这个槽可以用 close() 函数表示，假如使用信号和槽机制实现："点击按钮会关闭窗口" 的功能，其实就是 clicked() 函数调用 close() 函数的效果。
（2）信号函数和槽函数通常位于某个类中，和普通的成员函数相比，它们的特别之处在于：
• 信号函数用 signals 关键字修饰，槽函数用 public slots、protected slots 或者 private slots 修饰。signals 和 slots 是 Qt 在 C++ 的基础上扩展的关键字，专门用来指明信号函数和槽函数；
• 信号函数只需要声明，不需要定义（实现），而槽函数需要定义（实现）。 
2、信号和槽的使用
在 Qt 中，QObject 类提供了一个静态成员函数 connect() ，该函数专门用来关联指定的信号函数和槽函数。
上图，我们前面所见到的诸如QPushButton、QLineEdit等都是继承自QWidget类，而还有一部分类似QWidget类又是继承QObject类的。所以在Qt中所有的类的祖宗类都是QObject。因此都可以使用connect函数。
- sender：信号的发送者
- signal：发送的信号(信号函数)
- receiver：信号的接收者
- method： 槽函数，信号该如何处理。
- type：用于指定关联方式，默认的关联方式为 Qt::AutoConnection，通常不需要手动设定。
下面示例：实现一个窗口上有一个关闭按钮，点击按钮后关闭窗口。
首先创建一个signal_1项目。
紧接着在Widget构造函数中加入以上代码即可实现。
connect要求，前面两个参数必须是匹配的，比如button的类型是QPushButton*，那么第二个参数的信号类型就必须是QPushButton中内置的信号(父类的信号)，不能是其他的类如QLineEdit。
另外close是QWidget内置的槽函数，Widget继承自QWidget，因此也就继承了close函数。
现在有两个问题：
1、你怎么知道 QPushButton 有个 clicked 信号？你怎么知道 QWidget 有个 close 槽？换句话说，Qt中到底提供了哪些内置的信号和槽可以让我们使用呢？
对于这个问题，最简单的方式就是直接翻阅文档。
打开assistant索引QPushButton，我们会发现可以找到slot槽函数，但是没有看到signal。这时候我们再看，QPushButton实际上是继承了QAbstractButton，然后又派生出了QCommandLinkButton。那么我们就可以知道，按钮也有很多种类，Qt官方把所有按钮的共性都提取出来放在了QAbstractButton中了，然后根据不同按钮不同特性派生出不同的子类。既然在QPushButton中看不到，我们就应该到基类中去查看。
可以看到QAbstractButton的父类又是QWidget。并且在signals里面看到了clicked函数。我们发现这个函数有一个缺省参数，这个在QPushButton中暂时用不到，后面再说。
我们再点击这个函数，看一下这个函数的说明。这个函数会发射(触发一个信号)当按钮被激活的时候。后面括号：按压和释放当鼠标在按钮里面的时候。或者当click()、animateClick()被调用的时候。
2、connect函数的第二个参数和第四个参数是const char*的指针，但是我们传入的不是一个函数指针嘛？
这里我们发现我们传入的是两个函数指针，第一个信号函数是void(*)()类型的，第二个槽函数是bool(*)()类型的，但是他们的接收者不是const char*嘛？函数传参本质就是赋值，而C++中是不允许两个不同类型的指针进行赋值操作的。
实际上我们在文档中查看到的connect函数是旧版本Qt的connect函数声明。以前版本函数传参和现在是有区别的，当然如果对于以前版本的传参我们需要这样做：给信号函数传参需要搭配SIGNAL宏，给槽函数传参需要搭配SLOT宏。例如：
但是从Qt5开始，就对connect函数的写法做出的简化，不需要再写SIGNAL和SLOT两个宏了。因为给connect函数提供了重载版本，重载版本中第二个参数和第四个参数变成了泛型参数，允许传入任意类型的函数指针。我们可以在Qt Creater中对着connect函数ctrl+鼠标左键。
可以看到信号函数类型为Func1，槽函数类型为Func2。并且会根据传入的信号函数进行类型萃取，这样就保证了signal函数一定是sender的成员函数。此时connect函数就有了参数检查的功能，如果你传入的2、4函数指针不是1、3对象的成员函数，那么就会编译出错。
3、自定义信号和槽
3.1、自定义槽
所谓的slot就是一个普通的成员函数。所以自定义一个槽函数就是自定义一个类的成员函数。
下面演示手写代码自定义槽，首先创建一个新项目，然后加入如下代码：
另外在以前的 Qt 版本中，槽函数必须放到 public/private/protected slots 中：
此处的slots是Qt自己扩展的关键字，并不是 C++ 标准的语法。Qt中广泛运用了元编程技术，qmake构建项目的时候会调用专门的扫描器来扫描代码中特定的关键字，例如 slots，然后基于关键字生成相关的代码。
下面介绍第二种图形化界面的方式，还是先创建一个新项目。
先用图形化界面的方式创建一个按钮：
然后对着按钮右键，选择转到槽：
接着我们可以看到QPushButton提供的所有信号，包括它父类提供的信号也能看到。这里我们选择clicked。
这时候就会跳转，自动生成on_pushButton_clicked()函数定义，我们添加内容即可：
但是我们会发现并没有调用connect函数？我们可以查看.h、.cpp文件，包括去查看ui_widget.h文件都没有看到connect函数。
这是因为在Qt中，除了通过connect的方式来连接信号和槽之外，还可以通过函数名字的方式来连接。
我们可以看到on_pushButton_clicked，前面的on是统一的前缀，pushButton是我们前面图形化方式创建按钮时自动生成的一个objectName，clicked是信号的名字。当我们把函数名字改成on_pushButton_click这时候再试试看：
这时候点击按钮没有反应，并且控制台输出如图所示的信息。
再看ui_widget.h文件中有一行代码：
所以Qt正是调用了connectSlotsByName这个函数，触发了上述自动连接信号和槽的规则。
如果我们通过图形化界面的方式创建控件，还是推荐使用这种方式快速的连接信号和槽。
如果我们通过代码的方式创建控件，还是得手动connect。
3.2、自定义信号
Qt中也允许自定义信号。自定义信号比较少见，实际开发中很少需要自定义信号。因为信号对应用户的某个操作，比如点击按钮，在输入框中移动光标等等，在一个GUI中用户可以进行的操作是可以穷举的，而Qt内置的信号基本上覆盖了所有可能的用户操作。所以使用Qt内置的信号就可以应对大部分的开发场景了。
而自定义槽函数是很关键的，因为开发中大部分情况都是需要自定义槽函数的，针对用户触发某个操作需要进行什么样的业务逻辑。
首先创建一个新项目，默认我们创建的项目中Widget类继承QWidget，而QWidget又继承了QObject类，所以Widget类已经有了QWidget和QObject提供的信号了，我们可以直接使用。
1、所谓的Qt信号，本质上就是一个函数，Qt5以及更高的版本中，槽函数和普通成员成员函数基本上没有区别。但是信号是一类特别的函数，程序员只需要写出函数声明，并且告诉Qt这是一个信号即可。信号函数的定义是Qt在编译过程中自动生成的，程序员无法干预。信号是Qt中特殊的机制，Qt生成的信号函数的实现需要配合Qt框架做很多既定的操作。
2、作为信号函数，这个函数的返回值必须是void，有没有参数都可以，因此可以支持重载。
下面演示自定义信号和槽：
首先自定义槽跟前面叙述的一样，而自定义信号只需要给出函数声明即可，但是需要加上signals，这个也是Qt自己扩展出来的关键字，qmake的时候会调用一些代码的分析/生成工具，扫描到signals这个关键字就会自动把下面的函数认为是信号，并且给这些信号函数自动生成函数定义。
但是此时运行项目，我们发现左上角的标题并没有更改，我们不是connect了吗？这是因为我们虽然建立了信号和槽的连接，但是并没有发出信号。那么如何才能触发信号？
Qt内置的信号，都不需要我们手动写代码触发，用户在GUI进行某些操作的时候就会触发对应的信号。因为发射信号的代码已经内置到Qt的框架中了。而对于我们自定义的信号，如果要触发，需要使用emit关键字。如图：
这时候运行程序就可以看到左上角的标题发生了变化。但是在Qt5中，emit其实并没有做什么，真正的操作都包含在了mySignal内部生成的函数定义了。所以即使不写emit，信号也可以发出去，但是实际开发中还是推荐加上emit。
另外，在构造函数内部发射信号并没有什么意义，我们可以通过图形化的方式创建一个按钮，然后再关联点击信号和槽，在槽函数中发射出这个信号，这样就可以实现点击按钮改变左上角的标题了。
这时候流程就是：点击按钮，触发了on_pushButton_clicked函数，而在该函数中发出了我们自定义的mySignal信号，而这个信号又和我们自定义的槽函数handleMySignal关联，因此执行自定义的槽函数，修改了左上角的标题。
3.3、带参数的信号和槽
信号和槽也可以带参数，当信号带有参数时，槽的参数必须和信号的参数一致。或者信号的参数必须大于槽的参数。此时发射信号的时候，就可以给信号函数传递实参，然后这个参数就会被传递到槽函数中。
对于前面实现的代码，我们给信号和槽函数添加一个const QString&的参数：
这里信号和槽函数的参数必须要一致，类型必须一致，数量可以不一致，但是要求信号函数的参数必须比槽函数的参数多。
传参可以起到代码复用的效果。比如有多个逻辑，逻辑上整体一致，但是涉及到的数据不同。就可以通过函数参数来复用代码，在不同场景中传入不同的参数即可。
比如下面我们通过图形化界面的方式多添加一个按钮，修改两个按钮的文本内容：
接着我们右键第二个按钮给其添加槽函数，接着修改两个按钮槽函数的实现：
通过这一套我们自定义的信号槽，对于我们创建的两个按钮，分别自助实现两个槽函数，而这两个槽函数都是发射我们自定义的信号，但是传递的是不同的参数，最终修改左上角的标题就是不一致的，但是他们的逻辑是一致的。
另外Qt中很多内置的信号也是带有参数的，但是这些参数都不是我们自己传递的。比如clicked就有个带bool参数的版本：
这个参数表示的是当前按钮是否处于选中的状态，这个对于QPushButton没有意义，但是对于QCheckBox复选框就很有意义了。
下面我们给自定义信号函数多加一个const QString&参数，再次验证。
可以看到，当信号函数的参数比槽函数的参数多时，也可以正常运行的。
如果信号函数的参数比槽函数的参数少，此时代码就无法编译通过。那么为什么允许信号函数的参数可以比槽函数的参数多呢？为什么不直接规定他们的参数个数必须一致且类型相同呢？这是因为一个槽函数可能绑定多个信号，如果我们严格要求参数必须一致，就意味着信号绑定槽的要求变高了。而当下的规则就让信号和槽的绑定更加灵活，可以有更多的信号绑定到槽上。
另外，如果我们把自定义信号的参数改成int类型，并在两个槽函数中发起自定义信号参数的时候传递int类型数据，而handleMySignal函数还是接受const QString&的参数，那么也会编译报错。所以信号和槽如果参数个数一致，他们的类型也必须一致，如果参数个数不一致，信号的参数可以比槽函数多。但是也要确保信号的前几个参数是有值的。也就是说，如果信号和槽函数参数个数不一致，那么槽函数就会按照参数顺序取信号函数的前N个参数。
另外，Qt硬性规定了如果某个类要使用信号槽机制，就必须在类最开始的地方，写下Q_OBJECT宏，这个宏可以展开很多代码，而我们发现在定义这个宏的时候里面又继续套了宏，里面可以继续展开很多复杂的代码。如果不加这个宏使用了信号和槽也会报错。
3.4、信号和槽的连接方式
所谓的信号和槽，最终要解决的问题就是影响用户的操作。信号槽在GUI开发框架中是一个比较有特色的存在。
在其他的GUI开发框架中都要简洁一些，比如网页开发中响应用户操作主要就是挂回调函数。
不需要再搞一个connect完成Qt中信号和槽的连接。处理函数就像控件的一个成员或者属性一样。大部分的GUI框架都是这样的。
这样是一对一的，一个事件只能对应一个处理函数。一个处理函数也只能对应到一个事件上。
而Qt信号槽，connect机制设计的目的是：
1、解耦合，把触发用户操作的控件和处理对应用户的操作逻辑解耦合。
2、实现多对多的效果。一个信号可以connect多个槽函数。一个槽函数也可以被多个信号connect。
这里的一对一和多对多在数据库中我们就遇到过。在设计数据库表结构时，需要搞清楚实体和实体之间的关系。比如一对一、一对多、多对多，三种不同的关系，设计表的时候就有不同的写法。
Qt中谈到的信号和槽的多对多关系就和数据库中多对多非常类似。一个信号可以connect到多个槽上，一个槽函数可以被多个信号connect。
下面我们创建一个新项目来写一份代码：
我们自定义了三个信号和三个槽函数，然后使用connect关联了信号1与槽函数1、信号1与槽函数2、信号2与槽函数1、信号2与槽函数3，这样就类似右图的学生-课程表。
综上，Qt引入信号槽机制，最本质的目的(初心)，就是为了让信号和槽之间能够按照多对多的方式来关联。
而其他的GUI框架往往不具备这样的特性。实际上随着大家程序开发经验越来越多，在实际的GUI开发过程中，多对多其实是个伪需求，绝大部分情况一对一就足够了。所以新出现的一些图形化开发框架，很少有继续支持这种多对多的了。
4、信号和槽的其他说明
4.1、信号和槽的断开
使用disconnect可以断开信号和槽的连接。disconnect的使用方式类似connect。
disconnect用的比较少，大部分情况下把信号和槽连接上后就不管了。主动断开往往是需要把信号连接到另一个槽上。
在上面的实现中，我们首先编辑ui文件创建了一个按钮，然后绑定handleClick槽函数。接着我们又继续创建了第二个按钮，这个按钮我们直接采用图形化界面的方式连接槽，然后再对应的槽函数中实现断开pushButton和handleClick的连接，重新绑定pushButton和handleClick2的连接。
如果在pushButton_2的槽函数中没有disconnect，那么pushButton就会绑定两个槽函数，当点击按钮的时候就会分别执行对应的槽函数。
4.2、lambda定义槽函数
定义槽函数的时候也是可以使用lambda表达式的。lambda本质就是一个匿名函数，主要应用在回调函数中。
lambda表达式是一个回调函数，无法直接获取上层作用域中的变量。所以可以通过变量捕获的方式获取到外层变量，上面的[=]就是以值捕获的方式捕获父作用域中的所有变量。后续如果对应的槽函数比较简单且是一次性使用的，就可以写成lambda的形式。
另外也要确认捕获到的变量在lambda内部是有意义的，因为回调函数执行的时机是不确定的，所以我们要保证无论何时用户点击了按钮触发了回调函数，回调函数捕获的变量都是有意义的，而不会提前被销毁。
由于上面的代码我们的QPushButton是new出来挂到了对象树上，所以当窗口关闭的时候才会销毁，因此lambda内部保证button一直可用。同理，Widget虽然是在main函数栈上创建的对象，但是只有当main函数结束的时候Widget才会被销毁，也就是说只有进程结束运行才会销毁，因此this也是一直可用的。
lambda表达式除了值捕获的方式还有引用捕获，可以用[&]引用捕获父作用域所有变量，但是我们上面的代码只能值捕获button，因为如果引用捕获的话，当构造函数结束后button指针变量会被销毁。
最后lambda表达式是C++11引入的，对于Qt5以及更高的版本默认就是按C++11来编译的。如果使用Qt4或者更老的版本就需要手动在.pro文件中加上C++11的编译选项，如下图。
4.3、信号和槽的优缺点
优点：松散耦合
信号发送者不需要知道发出的信号被哪个对象的槽函数接收，槽函数也不需要知道哪些信号关联了自己，Qt的信号槽机制保证了信号与槽函数的调用。支持信号槽机制的类或者父类必须继承于 QObject 类
缺点: 效率较低
与回调函数相比，信号和槽稍微慢一些，因为它们提供了更高的灵活性，尽管在实际应用程序中差别不大。通过信号调用的槽函数比直接调用的速度慢约10倍（这是定位信号的接收对象所需的开销；遍历所有关联；编组/解组传递的参数；多线程时，信号可能需要排队），这种调用速度对性能要求不是非常高的场景是可以忽略的，是可以满足绝大部分场景。