Qt教程 : 信号与槽

Posted 2021-08-04 QtHalcon

​    信号与槽是用于对象之间的通信的，这是 Qt 的核心。为此 Qt 引入了一些关键字，他们是slots、signals、emit，这些都不是 C++关键字，是 Qt 特有的，这些关键字会被 Qt 的 moc转换为标准的 C++语句。

    Qt 的部件类中有一些已经定义好了的信号和槽，通常的作法是子类化部件类，然后添加自已的信号和槽。

    因为信号和槽与函数相似，所以通常把信号称为信号函数，槽称为槽函数。

 元对象是指用于描述另一个对象结构的对象。使用编程语言具体实现时，其实就是一个类的对象，只不过这个对象专门用于描述另一个对象而已，比如 class B{…}; class A{…B mb;…};假设 mb 是用来描述类 A 创建的对象的，则 mb 就是元对象。

一、信号与槽的原理

    C++虽然是面象对象的语言，但程序的具体实现代码仍然是由函数来实现的，因此所谓的对象之间的通信，从程序设计语言语法角度来看就是函数调用的问题，只不过是某个对象的成员函数调用另一个对象的成员函数而已。信号和槽其实是观察者模式的一种实现。

    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。

void g() {
  //执行内容
}
void f() {
  //让g()执行的内容
}

    函数 f 需要 让g 执行，有以下几种处理方式：

    （1）最简单的方式就是直接调用函数 g，但这种方式有一个明显的缺点，必须知道函数 g的名称“g”以及函数 g 的参数类型。但是若 f 只需要 g 的处理结果就可以了，而 g的处理结果不一定需要函数 g 来完成，它也可以是 x、y 或其他函数来完成，那么这种直接调用函数的方式就无法胜任了，因为系统不知道用户会使用哪个函数来完成这种处理结果，也就是系统不知道调用的函数名究竟是 g、x 或其他名称。

    （2）另一种方式就是回调函数，即在函数 f 中使用一个指向函数的指针去调用需要的函数，这样就可以调用任意名称的函数(只要函数类型与指针相同即可)，此时只要是完成了函数 g 功能的函数都可以作为函数 f 的结果被调用，这样就不会被函数名称所限制。比如

void (*p)(int i,int j); //假设这是系统内部代码
void g(int,int) {       //假设 g 是由程序员实现的代码
} 
void h(int,int) {       //原理同 g
} 
void f() {              //假设 f 也是系统内部源代码函数
  p=g;
  p(1,2);//调用g
  p=h;
  p(3,4);//调用h
}

    （3）Qt 使用的信号和槽机制：

        创建一个信号，其中创建信号需要一些规则。当需要调用外部函数时，发送一个信号，此时与该信号相关联的槽便会被调用，槽其实就是一个函数，当然要使函数成为槽是有一定规则的。槽与信号的关联需要由程序员来完成。在 Qt 中，信号和槽都需要位于一个类之中。

void x(int,int) {//信号
}
void g(int,int) {//槽
}
void h(int,int) {//槽
}
关联: (x, g);
关联: (x, h);
void f() {       //槽
  发送: x(1,2);   //会调用g,h
}

    几个关键字的原型：

• signals 关键字：最终被#define 置换为一个访问控制符，其简化后为 #define signals public

• slots 关键字：最终被#define 置换为一个空宏，即简化后为 #define slots

• emit 关键字：同样被#define 置换为一个空宏，即简化后为 #define emit

    由以上各关键字原型可见，使用 emit 发射信号，其实就是一个简单的函数调用。

二、创建信号和槽

    只有 QObject 及其派生类才能使用信号和槽机制，且在类之中还需要使用 Q_OBJECT 宏。

    信号创建规则：

• 信号使用 signals 关键字声明，在其后面有一个冒号“:”，在其前面不能有 public、private、protected 访问控制符，信号默认是 public 的。

• 信号只需像函数那样声明即可，其中可以有参数，参数的主要作用是用于和槽的通信，这就像普通函数的参数传递规则一样。信号虽然像函数，但是对他的调用方式不一样，信号需要使用 emit 关键字发射。

• 信号只需声明，不能对其进行定义，信号是由 moc 自动生成的。

• 信号的返回值只能是 void 类型的。

    槽创建规则：

• 声明槽需要使用 slots 关键字，在其后面有一个冒号“:”，且槽需使用 public、private、protected 访问控制符之一。

• 槽就是一个普通的函数，可以像使用普通函数一样进行使用，槽与普通函数的主要区别是，槽可以与信号关联。

    发射信号规则：

• 发射信号需要使用 emit 关键字，注意，在 emit 后面不需要冒号。

• emit 发射的信号使用的语法与调用普通函数相同，比如有一个信号为 void f(int)，则发送的语法为：emit f(3); 

• 当信号被发射时，与其相关联的槽函数会被调用(注意：信号和槽需要使用

• QObject::connect 函数进行关联之后，发射信号后才会调用相关联的槽函数)。

• 因为信号位于类之中，因此发射信号的位置需要位于该类的成员函数中或该

• 类能见到信号的标识符的位置。

    信号和槽的关系：

• 槽的参数的类型需要与信号参数的类型相对应，

• 槽的参数不能多余信号的参数，因为若槽的参数更多，则多余的参数不能接收到信号传递过来的值，若在槽中使用了这些多余的无值的参数，就会产生错误。

• 若信号的参数多余槽的参数，则多余的参数将被忽略。

• 一个信号可以与多个槽关联，多个信号也可以与同一个槽关联，信号也可以关联到另一个信号上。

• 若一个信号关联到多个槽时，则发射信号时，槽函数按照关联的顺序依次执行。

• 若信号连接到另一个信号，则当第一个信号发射时，会立即发射第二个信号。

//头文件 m.h 的内容
class A : public QObject{ //信号和槽必须继承自 QObject 类
  Q_OBJECT                    //必须添加该宏
  
  //public signals:void s1(int);  //错误 signals 前不能有访问控制符。
  
  signals:void s();//使用 signals 关键字声明信号，信号的语法与声明函数相同。
  signals:void s(int,int);//正确，信号可以有参数，也可以重载。
  
  //void s2(){} //错误，信号只需声明，不能定义。
  
  void s3(); //注意：这仍是声明的一个信号
public://信号声明结束后，重新使用访问控制符，表示以下声明的是成员函数。
  void g(){
    emit s3(); //发射信号
  }
};
class B:public QObject{
  Q_OBJECT
public slots:               //使用 slots 关键字声明槽
  void x(){
    cout<<"X"<<endl;
  }
  //slots: void x(){}     //错误，声明槽时需要指定访问控制符。
  public:
  void g(){ 
    // emit s3();       //错误，在类 B 中对于标识符 s3 是不可见的
  }
};
​
//源文件的内容
int main(int argc, char *argv[]){
  A ma; 
  B mb;
  QObject::connect(&ma,&A::s3,&mb,&B::x); //关联信号和槽
  ma.g(); //调用g发送信号
  return 0;
}

三、连接信号与槽

    信号和槽使用 QObject 类中的成员函数 connect 进行关联，该函数有多个重载版本。

    方式1：

static QMetaObject::Connection connect(
  const QObject *sender,   const char *signal, 
  const QObject *receiver, const char *method, 
  Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection)
class A:public QObject {
  Q_OBJECT 
singals: 
  void s(int i);
};
class B:public QObject{
  Q_OBJECT 
public slots: 
  void x(int i){}
};
A ma; B mb; 
QObject::connect (&ma, SIGNAL(s(int)), &mb, SLOT(x(int));

    信号的指定必须使用宏 SIGNAL()和槽必须使用宏 SLOT()，这两个宏能把括号中的内容转换为与形参相对应的 const char*形式。在指定函数时，只能指定函数参数的类型，不能有参数名，也不能指定函数的返回类型。比如 SLOT( x(int i))，是错误的，因为指定了参数名 i，正确形式为 SLOT(x(int) )。

各参数意义如下

• sender：表示需要发射信号的对象。

• signal：表示需要发射的信号，该参数必须使用 SIGNAL()宏。

• receiver：表示接收信号的对象。

• method：表示与信号相关联的槽函数，这个参数也可以是信号，从而实现信号与信号的关联。该参数若是槽，需使用 SLOT()宏，若是信号需使用 SIGNAL 宏。

• 返回值的类型为 QMetaObject::Connection，如果成功将信号连接到槽，则返回连接的句柄，否则，连接句柄无效，可通过将句柄转换为 bool 来检查该句柄是否有效。该返回值可用于 QObject::disconnect()函数的参数，以断开该信号和槽的关联。

• type：用于指明信号和槽的关联方式，它决定了信号是立即传送到一个槽还是在稍后时间排队等待传送。关联方式使用枚举 Qt::ConnectionType 进行描述，下表为其取值及意义：

常量	描述
Qt::AutoConnection	（自动关联，默认值）。若接收者驻留在发射信号的线程中(即信号和槽在同一线程中)，则使用 Qt :: DirectConnection，否则，使用 Qt :: QueuedConnection。当信号发射时确定使用哪种关联类型。
Qt::DirectConnection	直接关联。当信号发射后，立即调用槽。在槽执行完之后，才会执行发射信号之后的代码(即 emit 关键字之后的代码)。该槽在信号线程中执行。
Qt::QueuedConnection	队列关联。当控制权返回到接收者线程的事件循环后，槽才会被调用，也就是说 emit 关键字后面的代码将立即执行，槽将在稍后执行，该槽在接收者的线程中执行。
Qt::BlockingQueuedConnection	阻塞队列关联。和 Qt :: QueuedConnection 一样，只是信号线程会一直阻塞，直到槽返回。如果接收者驻留在信号线程中，则不能使用此连接，否则应用程序将会死锁。
Qt::UniqueConnection	唯一关联。这是一个标志，可使用按位或与上述任何连接类型组合。当设置 Qt :: UniqueConnection 时，则只有在不重复的情况下才会进行连接，如果已经存在重复连接(即，相同的信号指向同一对象上的完全相同的槽)，则连接将失败，此时将返回无效的 QMetaObject::Connection

    方式2：

QMetaObject::Connection connect(
  const QObject *sender, 
  const char *signal, const char *method, 
  Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection) const
  A ma; 
  B mb; 
  mb.connect(&ma, SIGNAL(s(int)), SLOT(x(int));

    此函数是形式 1 的简化版本，相当于是 connect(sender, signal, this, method, type)

    方式3：

static QMetaObject::Connection connect(
  const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, 
  const QObject *receiver, PointerToMemberFunction method, 
  Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection)
  A ma; 
  B mb; 
  //正常连接
  QObject::connect(&ma, &A::s, &mb, &B::x );
  //Lambda表达式
  QObject::connect(&ma, &A::s, [=](int result) {result+=1;});

    该函数对信号和槽函数的指定方式不是使用的宏。该形式的函数其实是一个模板函数，其完整原型类似如下：

template<typename PointerToMemberFunction> 
         static QMetaObject::Connection connect(……)

    方式4：

static QMetaObject::Connection connect(const QObject *sender, 
       PointerToMemberFunction signal, Functor functor)
  A ma; 
  QObject::connect(&ma, &A::s, &B::x );

    该函数的第三个参数支持仿函数、全局函数、静态函数、Lambda 表达式，但是不能是类的非静态成员函数。

    该形式的函数其实是一个模板函数，其完整原型类似如下：

template<typename PointerToMemberFunction , typename Functor> 
         static QMetaObject::Connection connect(……)

    方式5：

static QMetaObject :: Connection QObject :: connect（
  const QObject * sender， const QMetaMethod＆signal，
  const QObject * receiver， const QMetaMethod＆ method，
  Qt :: ConnectionType type = Qt :: AutoConnection）

    此函数的工作方式与形式 1 相同，只是它使用 QMetaMethod 指定信号和槽。

形式 3 与形式 1 的区别

• 形式 1 的 SINGAL 和 SLOT 宏实际是把该宏的参数转换为字符串，当信号和槽相关联时，使用的是字符串进行匹配，因此，信号和槽的参数类型的名字必须在字符串意义上相同，所以信号和槽无法使用兼容类型的参数，也因此也不能使用 typedef 或namespace 的类型，虽然他们的实际类型相同，但由于字符串名字不同，从而无法使用形式 1。

• 形式 3 的信号和槽函数的参数类型不需完全一致，可以进行隐式转换。形式 3 还支持typedef 和命名空间。

• 形式 3 以指针的形式指定信号和槽函数，不需再使用 SIGNAL()和 SLOT 宏。

• 形式 3 的槽函数可以不使用 slots 关键字声明，任意的成员函数都可以是槽函数。形式 1 的槽函数必须使用 slots 修饰。

• 形式 1 的槽函数不受 private 的限制，也就是说即使槽是 private 的，仍可通过信号调用该槽函数，而形式 3 则在使用 connect 时就会发生错误。

• 当信号或槽函数有重载的形式时，使用形式 3 可能会产生二义性错误，此时可使用函数指针的形式指定信号或槽函数，或者使用形式 1，比如

class A:public QObject {
  Q_OBJECT 
singals:
  void s(int i);
};
class B:public QObject{
  Q_OBJECT
public slots:
  void x(){} 
  void x(int i){}
};
A ma; B mb; 
QObject::connect(&ma, &A::s, &mb, &B::x ); //二义性错误。
//可使用如下方式解决(对于信号类似)
QObject::connect(&ma, &A::s, &mb, 
                 static_cast<void (B::*)(int)> (&B::x));

四、断开信号与槽连接

    信号和槽使用 QObject 类中的成员函数 disconnect 函数断开其关联，该函数有多个重载版本。

    方式1：

static bool QObject::disconnect( 
  const QObject *sender, const char *signal, 
  const QObject *receiver, const char *method)

• 此函数指定 signal 和 method 时需要使用 SIGNAL 和 SOLT 宏。

• 如果连接成功断开，则返回 true；否则返回 false。

• 当所涉及的任何一个对象被销毁时，信号槽连接被移除。

• 0可以用作通配符，分别表示“任意信号”、“任何接收对象”或“接收对象中的任何插槽”。

• sender永远不会是 0。

• signal为 0，则将 receiver 对象中的槽函数 method 与所有信号断开。否则，则只与指定的信号断开，此方法可断开槽与所有信号的关联。

• receiver为 0，此时 method 也必须为0。

• method 为 0，则断开与连接到 receiver 的任何连接。

• 除此之外，还有以下几种常用的用法

• disconnect(&ma, 0, 0, 0); 断开与对象 ma 中的所有信号相关联的所有槽。

• disconnect(&ma , SIGNAL(s()), 0, 0);断开与对象 ma 中的信号 s 相关联的所有槽。

• disconnect（&ma, 0, &mb, 0）; 断开 ma 中的所有信号与 mb 中的所有槽的关联

    方式2：

static bool QObject::disconnect (
  const QMetaObject::Connection &connection)

    该函数断开使用 connect 函数返回的信号和槽的关联，若操作失败则反回 false。

    方式3：

static bool QObject::disconnect(
  const QObject *sender, PointerToMemberFunction signal, 
  const QObject*receiver, PointerToMemberFunction method)

    此方法与形式 1 相同，只是指定函数的方式是使用函数指针。

    该函数不能断开信号连接到一般函数或 Lambda 表达式之间的关联，此时需要使用形式 2 来断开这种关联。

    方式4：

static bool QObject::disconnect(
  const QObject *sender, const QMetaMethod &signal, 
  const QObject*receiver, const QMetaMethod &method)

    该函数与形式 1 相同，只是指定函数的方式是使用 QMetaMethod 类。

    方式5：

bool QObject::disconnect(
  const char *signal = Q_NULLPTR, 
  const QObject *receiver = Q_NULLPTR, 
  const char *method = Q_NULLPTR) const

    该函数是非静态的，该函数是形式 1 的重载形式。

    方式6：

bool QObject::disconnect(
  const QObject *receiver, 
  const char *method = Q_NULLPTR) const

    该函数是非静态的，该函数是形式 1 的重载形式。

    注意：若关联信号和槽时使用的是函数指针形式，则在断开信号和槽时，最好使用相对应的函数指针形式的 disconnect 版本，以避免产生无法断开关联的情形。