2-Qt信号与槽

第二章信号与槽

1. 信号与槽概述

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。

信号的本质

信号是由于用户对窗口或控件进行了某些操作，导致窗口或控件产生了某个特定事件，这时 Qt 对应的窗口类会发出某个信号，以此对用户的操作做出反应。因此，信号的本质就是事件。如：

按钮单击、双击
窗口刷新
鼠标移动、按下、释放
键盘输入

那么在 Qt 中信号是通过什么形式呈现给使用者的呢？

我们对哪个窗口进行操作, 哪个窗口就可以捕捉到这些被触发的事件。
对于使用者来说触发了一个事件我们就可以得到 Qt 框架给我们发出的某个特定信号。
信号的呈现形式就是函数，也就是说某个事件产生了， Qt 框架就会调用某个对应的信号函数，通知使用者。

在 Qt 中信号的发出者是某个实例化的类对象。

槽的本质

**槽（Slot）就是对信号响应的函数。**槽就是一个函数，与一般的 C++ 函数是一样的，可以定义在类的任何位置（ public、protected 或 private ），可以具有任何参数，可以被重载，也可以被直接调用（但是不能有默认参数）。槽函数与一般的函数不同的是：槽函数可以与一个信号关联，当信号被发射时，关联的槽函数被自动执行。

说明：

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。
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）。

信号函数的定义是 Qt 自动在编译程序之前生成的，编写者无需关注。这种自动生成代码的机制称为元编程 (Meta Programming)。这种操作在很多场景中都能见到。

2. 信号和槽的使用

2.1 连接信号和槽

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。

关于QObject

QObject 是 Qt 内置的父类，Qt 中提供的很多类都是直接或者间接继承自 QObject。

这一点的设定与 Java 非常类似。

connect() 函数原型：

复制代码

connect (const QObject *sender,
		const char * signal ,
		const QObject * receiver ,
		const char * method ,
		Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection )

参数说明：

sender：信号的发送者
signal：发送到信号
receiver：信号的接收者
method：接收信号的槽函数
type：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。

代码示例：在窗口中设置一个按钮，当点击按钮时关闭窗口。

2.2 查看内置信号和槽

系统自带的信号和槽通常是通过 "Qt 帮助文档" 来查询。

要查询 "按钮" 的信号，在帮助文档中输入：QPushButton

在contents（目录）中寻找signals，如果像这里一样没有找到，就去他的父类里找

这里的 clicked() 就是要找的信号。槽函数的寻找方式和信号一样，只不过它的关键字是 slot 。

2.3 通过 Qt Creator 生成信号槽代码

Qt Creator 可以快速帮助我们生成信号槽相关的代码。

代码示例: 在窗口中设置一个按钮，当点击 "按钮" 时关闭 "窗口"。

新建项目
双击进入 widget.ui 文件，进入 UI 设计界面
在 UI 设计窗口中拖入一个 "按钮" ，并且修改 "按钮" 的名称及字体大小等
可视化生成槽函数

当单击 "转到槽..." 之后，出现如下界面：对于按钮来说，当点击时发送的信号是：clicked()，所以此处选择：clicked()

对于普通按钮来说使用 clicked 信号即可，clicked(bool) 没有意义的，具有特殊状态的按钮(比如复选按钮)才会用到 clicked(bool) 。
自动生成槽函数原型框架
- 在 "widget.h" 头文件中自动添加槽函数的声明
  - 说明：自动生成的槽函数有一定的命名规则。槽函数的命名规则为：on_对象名（控件的objectName属性）_信号，上面的on_pushButton_clicked()表示的pushButton对象的clicked触发的槽函数。
  - 按照这种命名风格定义的槽函数，就会被 Qt 自动的和对应的信号进行连接。
  - 但是我们日常写代码的时候, 除非是 IDE 自动生成，否则最好还是不要依赖命名规则，而是显式使用 connect 更好。一方面可以更清晰直观的描述信号和槽的连接关系，另一方面也防止信号或槽的名字拼写错误（当然还是根据实际的开发环境的规则进行考虑）。
- 在 "widget.cpp" 中自动生成槽函数定义。
在槽函数函数定义中添加要实现的功能，实现关闭窗口的效果。

3. 自定义信号和槽

3.1 基本语法

在 Qt 中，允许自定义信号的发送方以及接收方，即可以自定义信号函数和槽函数。但是对于自定义的信号函数和槽函数有一定的书写规范。

自定义信号函数书写规范
- 自定义信号函数必须写到 "signals" 下
- 返回值为 void，只需要声明，不需要实现
- 可以有参数，也可以发生重载
自定义槽函数书写规范
- 早期的 Qt 版本要求槽函数必须写到 "public slots" 下，但是现在高级版本的 Qt 允许写到类的 "public" 作用域中或者全局下
- 返回值为 void，需要声明，也需要实现
- 可以有参数，可以发生重载
发送信号

使用 "emit" 关键字发送信号。"emit" 是一个空的宏。"emit" 其实是可选的，没有什么含义，只是为了提醒开发人员。

示例1：

在 widget.h 中声明自定义的信号和槽，如图所示
在 widget.cpp 中实现槽函数，并且关联信号和槽（注意，必须先绑定，再发射信号，槽才会响应）

示例2：当老师说 "上课了"，学生们就 "回到座位，开始学习"。

在源文件中新建两个类，一个是老师类，一个是学生类；首先选中项目名称，鼠标右键 -> "addnew..."

点击 "add new..." 之后，出现如下界面

选择 "choose" 出现如下界面，这里需要选择新建类的父类，但是当前项目中没有合适的父类，同时新的类也不是一个"窗口"或者"控件"，这种情况一般选择 QObject 作为基类，这样做的好处是这个新类的对象可以搭配 Qt 的对象树机制，便于对象的正确释放。

选择"下一步"，出现如下界面，点击完成即可

对于 "学生类" 以上述同样的方式进行添加，添加完成之后，项目录新增文件如下：
在 teacher.h 中声明信号函数：
在 student.h 中声明槽函数：
在 widget.h 中实例化 "老师类对象" 和 "学生类对象"：
在 student.cpp 中实现槽函数：
在 widget.cpp 中连接自定义信号和槽，并发送信号。
运行结果如下：

示例3：老师点击 "按钮" 触发学生上课。

运行结果如下图：

3.2 带参数的信号和槽

Qt 的信号和槽也支持带有参数，同时也可以支持重载。

此处我们要求，信号函数的参数列表要和对应连接的槽函数参数列表一致。

此时信号触发，调用到槽函数的时候，信号函数中的实参就能够被传递到槽函数的形参当中。

示例1：重载信号槽

在 "widget.h" 头文件中声明重载的信号函数以及重载的槽函数
在 "Widget.cpp" 文件实现重载槽函数以及连接信号和槽（在指针前一定要指明函数指针的作用域）
执行结果如下

示例2：信号参数列表匹配规则

在 "widget.h" 头文件中声明信号和槽函数
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽

实际上信号的参数个数可以多于槽函数的参数个数，但是槽的参数个数不能多于信号参数个数，但是实际开发中最好还是保持参数个数也能匹配一致。

示例3：信号参数比槽函数参数多

在 "widget.h" 头文件中声明信号和槽函数
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽

4. 信号与槽的连接方式

4.1 一对一

主要有两种形式，分别是：一个信号连接一个槽和一个信号连接一个信号。

一个信号连接一个槽
- 在 "widget.h" 中声明信号和槽以及信号发射函数
- 在 "widget.cpp" 中实现槽函数，信号发射函数以及连接信号和槽
一个信号连接另一个信号
- 在上述示例的基础上，在 "widget.cpp" 文件中添加如下代码

4.2 一对多

一个信号连接多个槽。

示例：

在 "widget.h" 头文件中声明一个信号和三个槽
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽

4.3 多对一

多个信号连接一个槽函数。

示例：

在 "widget.h" 头文件中声明两个信号以及一个槽
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽

5. 信号和槽的其他说明

5.1 信号和槽的断开

使用 disconnect 即可完成断开。

disconnect 的用法和 connect 基本一致。

示例：

5.2 Qt4 版本信号与槽的连接

Qt4 中的 connect 用法和 Qt5 相比是更复杂的，需要搭配 SIGNAL 和 SLOT 宏来完成。

而且缺少必要的函数类型的检查，使代码更容易出错。

示例：

在 "widget.h" 头文件中声明信号和槽
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号与槽

Qt4 版本信号与槽连接的优缺点：

优点：参数直观
缺点：参数类型不做检测

示例：

5.3 使用 Lambda 表达式定义槽函数

Qt5 在 Qt4 的基础上提高了信号与槽的灵活性，允许使用任意函数作为槽函数。

但如果想方便的编写槽函数，比如在编写函数时连函数名都不想定义，则可以通过 Lambda表达式来达到这个目的。

Lambda表达式的使用方法可以参考之前的文章：010-C++11-CSDN博客

说明：

由于使用引用方式捕获对象会有局部变量释放了而Lambda函数还没有被调用的情况。如果执行Lambda函数，那么引用传递方式捕获进来的局部变量的值不可预知。所以绝大多数场合使用的形式为： [=] () { }。
早期版本的 Qt，若要使用Lambda表达式，要在 ".pro" 文件中添加： CONFIG += C++11因为 Lambda表达式是 C++11 标准提出的。Qt5 以上的版本无需手动添加，在新建项目时会自动添加。

示例1：点击按钮关闭窗口，槽函数使用 Lambda 表达式实现。

示例2：当 "connect" 函数第三个参数为 "this" 时，第四个参数使用 Lambda表达式时，可以省略掉"this"。

5.4 信号与槽的优缺点

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。

一个客户端程序中, 最慢的环节往往是 "人"。

假设本身基于回调的方式是 10us，使用信号槽的方式是 100us。对于使用程序的人来说，是感知不到的。

第二章 信号与槽