Qt中的信号槽

内容摘要：文章中主要介绍了Qt中的信号槽, 主要内容包括: 信号槽的本质, 信号槽的关系, 标准信号槽的使用, 自定义信号槽的使用, 信号槽的拓展, Lambda表达式。 文章中除了关于知识点的文字描述、代码演示, 还有相关的视频讲解，赶紧学起来吧。

1. 信号和槽概述

信号槽是 Qt 框架引以为豪的机制之一。所谓信号槽，实际就是观察者模式(发布-订阅模式)。当某个事件发生之后，比如，按钮检测到自己被点击了一下，它就会发出一个信号（signal）。这种发出是没有目的的，类似广播。如果有对象对这个信号感兴趣，它就会使用连接（connect）函数，意思是，将想要处理的信号和自己的一个函数（称为槽（slot））绑定来处理这个信号。也就是说，当信号发出时，被连接的槽函数会自动被回调。这就类似观察者模式：当发生了感兴趣的事件，某一个操作就会被自动触发。

1.1 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，这时候Qt对应的窗口类会发出某个信号，以此对用户的挑选做出反应。

因此根据上述的描述我们得到一个结论 – 信号的本质就是事件，比如：

  • 按钮单击、双击

  • 窗口刷新

  • 鼠标移动、鼠标按下、鼠标释放

  • 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，对象内部可以进行相关事件的检测。

1.2 槽的本质

在Qt中槽函数是一类特殊的功能的函数，在编码过程中也可以作为类的普通成员函数来使用。之所以称之为槽函数是因为它们还有一个职责就是对Qt框架中产生的信号进行处理。

1
2
3
举个简单的例子：

    女朋友说：“我肚子饿了！”，于是我带她去吃饭。

上边例子中相当于女朋友发出了一个信号， 我收到了信号并其将其处理掉了。

实例对象 角色 描述
女朋友 信号发出者 信号携带的信息: 我饿了
我 信号接收者 处理女朋友发射的信号: 带他去吃饭

在Qt中槽函数的所有者也是某个类的实例对象。

1.3 信号和槽的关系

在Qt中信号和槽函数都是独立的个体，本身没有任何联系，但是由于某种特性需求我们可以将二者连接到一起，好比牛郎和织女想要相会必须要有喜鹊为他们搭桥一样。在Qt中我们需要使用QOjbect类中的connect函数进二者的关联。

连接信号和槽的connect()函数原型如下, 其中PointerToMemberFunction是一个指向函数地址的指针

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
QMetaObject::Connection QObject::connect(
    	const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, 
        const QObject *receiver, PointerToMemberFunction method, 
		Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection);
参数:
  - sender:   发出信号的对象
  - signal:   属于sender对象, 信号是一个函数, 这个参数的类型是函数
              指针, 信号函数地址
  - receiver: 信号接收者
  - method:   属于receiver对象, 当检测到sender发出了signal信号, 
              receiver对象调用method方法，信号发出之后的处理动作
 
//  参数 signal 和 method 都是函数地址, 因此简化之后的 connect() 如下:
connect(const QObject *sender, &QObject::signal, 
        const QObject *receiver, &QObject::method);

使用connect()进行信号槽连接的注意事项:

  • connect函数相对于做了信号处理动作的注册
  • 调用conenct函数的sender对象的信号并没有产生, 因此receiver对象的method也不会被调用
  • method槽函数本质是一个回调函数, 调用的时机是信号产生之后, 调用是Qt框架来执行的
  • connect中的sender和recever两个指针必须被实例化了, 否则conenct不会成功

2. 标准信号槽使用

2.1 标准信号/槽

在Qt提供的很多标准类中都可以对用户触发的某些特定事件进行检测, 因此当用户做了这些操作之后, 事件被触发类的内部就会产生对应的信号, 这些信号都是Qt类内部自带的, 因此称之为标准信号。

同样的，在Qt的很多类内部为我了提供了很多功能函数，并且这些函数也可以作为触发的信号的处理动作，有这类特性的函数在Qt中称之为标准槽函数。

系统自带的信号和槽通常如何查找呢，这个就需要利用帮助文档了，比如在帮助文档中查询按钮的点击信号，那么需要在帮助文档中输入QPushButton

首先我们可以在Contents中寻找关键字 signals，信号的意思，但是我们发现并没有找到，这时候我们应该看当前类从父类继承下来了哪些信号

因此我们去他的父类QAbstractButton中就可以找到该关键字，点击signals索引到系统自带的信号有如下几个

2.2 使用

掌握标准信号、槽的查找方式之后以及connect()函数的作用之后, 下面通过一个简单的例子给大家讲解一下他们的使用方式。

1
2
3
4
功能实现： 点击窗口上的按钮, 关闭窗口
功能分析:
	- 按钮: 信号发出者          -> QPushButton 类型
	- 窗口: 信号的接收者和处理者  -> QWidget 类型

需要使用的标准信号槽函数

1
2
3
4
// 单击按钮发出的信号
[signal] void QAbstractButton::clicked(bool checked = false)
// 关闭窗口的槽函数
[slot] bool QWidget::close();

对于上边的需求只需要一句代码, 只需要写一句代码就能实现了

1
2
// 单击按钮关闭窗口
connect(ui->closewindow, &QPushButton::clicked, this, &MainWindow::close);

connect()操作一般写在窗口的构造函数中, 相当于在事件产生之前在qt框架中先进行注册, 这样在程序运行过程中假设产生了按钮的点击事件, 框架就会调用信号接收者对象对应的槽函数了, 如果信号不产生, 槽函数也就一直不会被调用。

3. 自定义信号槽使用

Qt框架提供的信号槽在某些特定场景下是无法满足我们的项目需求的，因此我们还设计自己需要的的信号和槽，同样还是使用connect()对自定义的信号槽进行连接。

如果想要在QT类中自定义信号槽, 需要满足一些条件, 并且有些事项也需要注意:

  • 要编写新的类并且让其继承Qt的某些标准类
  • 这个新的子类必须从QObject类或者是QObject子类进行派生
  • 在定义类的头文件中加入 Q_OBJECT 宏
1
2
3
4
5
6
// 在头文件派生类的时候，首先像下面那样引入Q_OBJECT宏：
class MyMainWindow : public QWidget
{
    Q_OBJECT
    ......
}

3.1 自定义信号

在Qt中信号的本质是事件, 但是在框架中也是以函数的形式存在的, 只不过信号对应的函数只有声明, 没有定义。如果Qt中的标准信号不能满足我们的需求，可以在程序中进行信号的自定义，当自定义信号对应的事件产生之后，认为的将这个信号发射出去即可（其实就是调用一下这个信号函数）。

下边给大家阐述一下, 自定义信号的要求和注意事项:

  1. 信号是类的成员函数
  2. 返回值必须是 void 类型
  3. 信号的名字可以根据实际情况进行指定
  4. 参数可以随意指定, 信号也支持重载
  5. 信号需要使用 signals 关键字进行声明, 使用方法类似于public等关键字
  6. 信号函数只需要声明, 不需要定义(没有函数体实现)
  7. 在程序中发射自定义信号: 发送信号的本质就是调用信号函数
    • 习惯性在信号函数前加关键字: emit, 但是可以省略不写
    • emit只是显示的声明一下信号要被发射了, 没有特殊含义
    • 底层 emit == #define emit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
// 举例: 信号重载
// Qt中的类想要使用信号槽机制必须要从QObject类派生(直接或间接派生都可以)
class Test : public QObject
{
    Q_OBJECT
signals:
    void testsignal();
	// 参数的作用是数据传递, 谁调用信号函数谁就指定实参
	// 实参最终会被传递给槽函数
    void testsignal(int a);
};

3.2 自定义槽

槽函数就是信号的处理动作，在Qt中槽函数可以作为普通的成员函数来使用。如果标准槽函数提供的功能满足不了需求，可以自己定义槽函数进行某些特殊功能的实现。自定义槽函数和自定义的普通函数写法是一样的。

下边给大家阐述一下, 自定义槽的要求和注意事项:

  1. 返回值必须是 void 类型

  2. 槽也是函数, 因此也支持重载

  3. 槽函数需要指定多少个参数, 需要看连接的信号的参数个数

  4. 槽函数的参数是用来接收信号传递的数据的, 信号传递的数据就是信号的参数

    • 举例:
      • 信号函数: void testsig(int a, double b);
      • 槽函数: void testslot(int a, double b);
    • 总结:
      • 槽函数的参数应该和对应的信号的参数个数, 从左到右类型依次对应
      • 信号的参数可以大于等于槽函数的参数个数 == 信号传递的数据被忽略了
        • 信号函数: void testsig(int a, double b);
        • 槽函数: void testslot(int a);

  5. Qt中槽函数的类型是多样的

Qt中的槽函数可以是类的成员函数、全局函数、静态函数、Lambda表达式（匿名函数）

  1. 槽函数可以使用关键字进行声明: slots (Qt5中slots可以省略不写)

    • public slots:
    • private slots: –> 这样的槽函数不能在类外部被调用
    • protected slots: –> 这样的槽函数不能在类外部被调用
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    // 槽函数书写格式举例
    // 类中的这三个函数都可以作为槽函数来使用
    class Test : public QObject
    {
        public:
        void testSlot();
        static void testFunc();

        public slots:
        void testSlot(int id);
    };

​

根据特定场景自定义信号槽:

1
2
还是上边的场景: 	  
	  女朋友说：“我肚子饿了！”，于是我带她去吃饭。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
// class GirlFriend
class GirlFriend : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit GirlFriend(QObject *parent = nullptr);

signals:
    void hungry();	            // 不能表达出想要吃什么
    void hungry(QString msg);	// 可以通过参数表达想要吃什么
};

// class Me
class Me : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit Me(QObject *parent = nullptr);

public slots:
    // 槽函数
    void eatMeal();             // 不能知道信号发出者要吃什么
    void eatMeal(QString msg);  // 可以知道信号发出者要吃什么
};

4. 信号槽拓展

4.1 信号槽使用拓展

  • 一个信号可以连接多个槽函数, 发送一个信号有多个处理动作

    • 需要写多个connect（）连接
    • 槽函数的执行顺序是随机的, 和connect函数的调用顺序没有关系
    • 信号的接收者可以是一个对象, 也可以是多个对象

  • 一个槽函数可以连接多个信号, 多个不同的信号, 处理动作是相同的

    • 需要写多个connect（）连接

  • 信号可以连接信号

    信号接收者可以不处理接收的信号, 而是继续发射新的信号，这相当于传递了数据, 并没有对数据进行处理

    1
    2
    connect(const QObject *sender, &QObject::signal, 
            const QObject *receiver, &QObject::siganl-new);

  • 信号槽是可以断开的

    1
    2
    disconnect(const QObject *sender, &QObject::signal, 
            const QObject *receiver, &QObject::method);

4.2 信号槽的连接方式

  • Qt5的连接方式

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    // 语法:
    QMetaObject::Connection QObject::connect(
        	const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, 
            const QObject *receiver, PointerToMemberFunction method, 
    		Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection);

    // 信号和槽函数也就是第2,4个参数传递的是地址, 编译器在编译过程中会对数据的正确性进行检测
    connect(const QObject *sender, &QObject::signal, 
            const QObject *receiver, &QObject::method);

  • Qt4的连接方式

    这种旧的信号槽连接方式在Qt5中是支持的, 但是不推荐使用, 因为这种方式在进行信号槽连接的时候, 信号槽函数通过宏SIGNAL和SLOT转换为字符串类型。

    因为信号槽函数的转换是通过宏来进行转换的，因此传递到宏函数内部的数据不会被进行检测， 如果使用者传错了数据，编译器也不会报错，但实际上信号槽的连接已经不对了，只有在程序运行起来之后才能发现问题，而且问题不容易被定位。

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    // Qt4的信号槽连接方式
    [static] QMetaObject::Connection QObject::connect(
        const QObject *sender, const char *signal, 
        const QObject *receiver, const char *method, 
        Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection);

    connect(const QObject *sender,SIGNAL(信号函数名(参数1, 参数2, ...)),
            const QObject *receiver,SLOT(槽函数名(参数1, 参数2, ...)));

    Qt4中声明槽函数必须要使用 slots 关键字, 不能省略。

  • 应用举例

    1
    2
    3
    4
    场景描述：
    	- 我肚子饿了, 我要吃东西。
     分析： 
     	- 信号的发出者是我自己, 信号的接收者也是我自己

    我们首先定义出一个Qt的类。

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    class Me : public QObject
    {
        Q_OBJECT
        // Qt4中的槽函数必须这样声明, qt5中的关键字 slots 可以被省略
    public slots:
        void eat();
        void eat(QString somthing);
    signals:
        void hungury();
        void hungury(QString somthing);
    };

    // 基于上边的类写出解决方案
    // 处理如下逻辑: 我饿了, 我要吃东西
    // 分析: 信号的发出者是我自己, 信号的接收者也是我自己
    Me m;
    // Qt4处理方式
    connect(&m, SIGNAL(hungury()), &m, SLOT(eat()));
    connect(&m, SIGNAL(hungury(QString)), &m, SLOT(eat(QString)));

    // Qt5处理方式
    connect(&m, &Me::hungury, &m, &Me::eat);	// error

    Qt5处理方式错误原因分析：

    上边的写法之所以错误是因为这个类中信号槽都是重载过的, 信号和槽都是通过函数名去关联函数的地址, 但是这个同名函数对应两块不同的地址, 一个带参, 一个不带参, 因此编译器就不知道去关联哪块地址了, 所以如果我们在这种时候通过以上方式进行信号槽连接, 编译器就会报错。

    解决方案：

    • 可以通过定义函数指针的方式指定出函数的具体参数，这样就可以确定函数的具体地址了。
    • 定义函数指针指向重载的某个信号或者槽函数，在connect（）函数中将函数指针名字作为实参就可以了。
    1
    2
    3
    // 举例：
    void (Me::*func1)(QString) = &Me::eat;	// func1指向带参的槽函数
    void (Me::*func2)() = &Me::hungury;	// func2指向不带参的信号

    Qt正确的处理方式:

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    // 定义函数指针指向重载的某一个具体的槽函数地址
    void (Me::*myslot)(QString) = &Me::eat;
    // 定义函数指针指向重载的某一个具体的信号地址
    void (Me::*mysignal)(QString) = &Me::hungury;
    // 使用定义的函数指针完成信号槽的连接
    connect(&m, mysignal, &m, myslot);

  • 总结

    • Qt4的信号槽连接方式因为使用了宏函数, 宏函数对用户传递的信号槽不会做错误检测, 容易出bug
    • Qt5的信号槽连接方式, 传递的是信号槽函数的地址, 编译器会做错误检测, 减少了bug的产生
    • 当信号槽函数被重载之后, Qt4的信号槽连接方式不受影响
    • 当信号槽函数被重载之后, Qt5中需要给被重载的信号或者槽定义函数指针

5. Lambda表达式

Lambda表达式是 C++ 11 最重要也是最常用的特性之一，是现代编程语言的一个特点，简洁，提高了代码的效率并且可以使程序更加灵活，Qt是完全支持c++语法的， 因此在Qt中也可以使用Lambda表达式。

5.1 语法格式

Lambda表达式就是一个匿名函数， 语法格式如下：

1
2
3
4
5
6
[capture](params) opt -> ret {body;};
    - capture: 捕获列表
    - params: 参数列表
    - opt: 函数选项
    - ret: 返回值类型
    - body: 函数体

关于Lambda表达式的细节介绍:

  1. 捕获列表: 捕获一定范围内的变量
    • [] - 不捕捉任何变量
    • [&] - 捕获外部作用域中所有变量, 并作为引用在函数体内使用 (按引用捕获)
    • [=] - 捕获外部作用域中所有变量, 并作为副本在函数体内使用 (按值捕获)
      • 拷贝的副本在匿名函数体内部是只读的
    • [=, &foo] - 按值捕获外部作用域中所有变量, 并按照引用捕获外部变量 foo
    • [bar] - 按值捕获 bar 变量, 同时不捕获其他变量
    • [&bar] - 按引用捕获 bar 变量, 同时不捕获其他变量
    • [this] - 捕获当前类中的this指针
      • 让lambda表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限
      • 如果已经使用了 & 或者 =, 默认添加此选项
  2. 参数列表: 和普通函数的参数列表一样
  3. opt 选项 –> 可以省略
    • mutable: 可以修改按值传递进来的拷贝（注意是能修改拷贝，而不是值本身）
    • exception: 指定函数抛出的异常，如抛出整数类型的异常，可以使用throw();
  4. 返回值类型:
    • 标识函数返回值的类型，当返回值为void，或者函数体中只有一处return的地方（此时编译器可以自动推断出返回值类型）时，这部分可以省略
  5. 函数体:
    • 函数的实现，这部分不能省略，但函数体可以为空。

5.2 定义和调用

因为Lambda表达式是一个匿名函数, 因此是没有函数声明的, 直接在程序中进行代码的定义即可, 但是如果只定义匿名函数在程序执行过程中是不会被调用的。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
// 匿名函数的定义, 程序执行这个匿名函数是不会被调用的
[](){
    qDebug() << "hello, 我是一个lambda表达式...";
};

// 匿名函数的定义+调用:
int ret = [](int a) -> int
{
    return a+1;
}(100);  // 100是传递给匿名函数的参数

在Lambda表达式的捕获列表中也就是 []内部添加不同的关键字, 就可以在函数体中使用外部变量了。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
// 在匿名函数外部定义变量
int a=100, b=200, c=300;
// 调用匿名函数
[](){
    // 打印外部变量的值
    qDebug() << "a:" << a << ", b: " << b << ", c:" << c;  // error, 不能使用任何外部变量
}

[&](){
    qDebug() << "hello, 我是一个lambda表达式...";
    qDebug() << "使用引用的方式传递数据: ";
    qDebug() << "a+1:" << a++ << ", b+c= " << b+c;
}();

// 值拷贝的方式使用外部数据
[=](int m, int n)mutable{
    qDebug() << "hello, 我是一个lambda表达式...";
    qDebug() << "使用拷贝的方式传递数据: ";
    // 拷贝的外部数据在函数体内部是只读的, 如果不添加 mutable 关键字是不能修改这些只读数据的值的
    // 添加 mutable 允许修改的数据是拷贝到函数内部的副本, 对外部数据没有影响
    qDebug() << "a+1:" << a++ << ", b+c= " << b+c;
    qDebug() << "m+1: " << ++m << ", n: " << n;
}(1, 2);

6. 视频讲解

以上知识点对应的视频讲解可以关注 B站-爱编程的大丙
视频地址: https://www.bilibili.com/video/BV1Jp4y167R9