一、信号和槽概述
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,可以通过 connect 这样的函数,把一个信号和一个槽这种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。
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 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。
- 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。
2、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。
所谓的 “槽函数” 本质上也是一种 “回调函数”(callback)。
【C 语言阶段 - 函数指针】
- 实现转移表,降低代码的 “圈复杂度”
- 实现回调函数效果(qsort)
【C++ 阶段】
- STL 中,函数对象 / 仿函数
- lambda 表达式
【Linux】
- 信号处理函数
- 线程的入口函数
- epoll 基于回调的机制
(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:
- 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,我们编写 Qt 应用程序无需关注这个,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。
二、信号和槽的使用
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。
(1)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。(在 Java 中也存在相似的设定)
(2)connect()
A. 函数原型
connect (const QObject *sender, //描述当前信号是哪个控件发出的
const char * signal , //信号类型
const QObject * receiver , //信号如何处理(哪个对象处理)
const char * method , //信号如何处理(这个对象该怎么处理——要处理信号的对象提供的成员函数)
Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection ) //暂时不考虑,很少使用
B. 参数说明
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:接收信号的槽函数。
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。
C. 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、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” 来查询的。如上述示例,要查询 “按钮” 的信号,在帮助文档中输入:QPushButton
首先可以在 "Contents" 中寻找关键字 signals,如果没有找到,继续去父类中查找,因此我们去他的父类 QAbstractButton 中继续查找关键字 signals:
这里的 clicked() 就是我们要找的信号。槽函数的寻找方式和信号一样,只不过它的关键字是 slot。
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”。
(1)新建项目,如下图为新建完成之后所包含的所有文件
注意:创建时要生成 UI 设计文件。
(2)双击 widget.ui 文件,进入 UI 设计界面
(3)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
(4)可视化生成槽函数
当鼠标单击 “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()
这个窗口列出了 QPushButton 给我们提供的所有信号(还包含了 QPushButton 父类的信号)。
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)。
(5)自动生成槽函数原型框架
A. 在 "widget.h" 头文件中自动添加槽函数的声明
说明:自动生成槽函数的名称有一定的规则,槽函数的命名规则为:on_XXX_SSS,其中:
- 以 "on" 开头,中间使用下划线连接起来。
- "XXX" 表示的是对象名(控件的 objectName 属性)。
- "SSS" 表示的是对应的信号。
如:"on_pushButton_clicked() ",pushButton 代表的是对象名,clicked 是对应的信号。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,否则最好还是不要去依赖命名规则,而是显式使用 connect 更好。
- 一方面,显式 connect 可以更清晰直观的描述信号和槽的连接关系。
- 另一方面,也是防止信号或者槽的名字拼写错误导致连接失效。
当然,是配置大于约定,还是约定大于配置,哪种更好。这样的话题业界尚存在争议,这里我个人还是更建议优先考虑显式 connect。
B. 在 "widget.cpp" 中自动生成槽函数定义
(6)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
三、自定义信号和槽
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。
Qt 中如果要让某个类能够使用信号槽(可以在类中定义信号和槽函数),则必须要在类最开始的地方写下 Q_OBJECT 宏(这个宏可以展开很多代码)。如果不加上这个宏,那么编译时就会报错。这个宏不需要我们自己手动添加,一般 Qt Creator 会帮我们自动生成。
(1)自定义信号函数书写规范
自定义信号在实际开发中很少需要用到,Qt 内置的信号就足以应付大部分的开发场景了。
所谓 Qt 的信号,本质上也就是一个 “函数”,在 Qt 5 以及更高版本中,槽函数和普通的成员函数之间没有什么差别。但是,信号是一类非常特殊的函数,我们只要写出函数声明,并告诉 Qt 这是一个 “信号” 即可。这个函数的定义是 Qt 在编译过程中自动生成的。
- 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。
此处的 signals 是 Qt 自己扩展的关键字。qmake 构建 Qt 项目时,就会调用一些代码的分析 / 生成工具,扫描到类中包含 signals 这个关键字时,就会自动的把下面的函数声明认为是信号,并且给这些信号函数自动的生成函数定义。
(2)自定义槽函数书写规范
所谓的自定义一个槽函数,其操作规程和自定义一个普通成员函数没有什么区别。
- 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。
槽声明的两种写法:
此处的 slots 是 Qt 自己扩展的关键字,不是 C++ 标准中的语法。qmake 构建 Qt 项目时,就会调用专门的扫描器,扫描代码中特定的关键字(比如:slot),基于关键字自动生成一大堆相关代码。
(3)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。
(4)示例
A. 一
a. 在 widget.h 中声明自定义的信号和槽
b. 在 widget.cpp 中实现槽函数,并且关联信号和槽
首先关联信号和槽,⼀旦检测到信号发射之后就会立刻执行关联的槽函数。反之,若先发射信号,此时还没有关联槽函数,当信号发射之后槽函数就不会响应。
B. 二 —— 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 ——> "add new...":
点击 "add new..." 之后,出现如下界面:
选择 "choose" 出现如下界面:
注意:在 Qt 中新建类时,要选择新建类的父类。
显然,当前项目中还没有什么类适合做新类的父类,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:
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:
运行结果如下图所示:
C. 三 —— 老师点击 “按钮” 触发学生上课
运行结果如下图所示:
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。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。(一致主要是要求类型,个数如果不一致也可以,但要求信号的参数个数比槽的参数个数多)
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。通过这样的机制就可以让信号给槽传递数据了。
(1)重载信号槽
A. 在 "widget.h" 头文件中声明重载的信号函数以及重载的槽函数
B. 在 "Widget.cpp" 文件实现重载槽函数以及连接信号和槽
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e3613ef77ab74063b6d77b57281f5222.png)
C. 执行结果
(2)信号槽参数列表匹配规则
A. 在 "widget.h" 头文件中声明信号和槽函数
B. 在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽
其实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。
(3)信号的参数个数多于槽函数的参数个数
A. 在 "widget.h" 头文件中声明信号和槽函数
B. 在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽
四、信号与槽的连接方式
1、一对一
主要有两种形式,分别是:
- ⼀个信号连接⼀个槽
- ⼀个信号连接⼀个信号
(1)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:
(2)一个信号连接另一个信号
在上一段代码的基础上,在 "widget.cpp" 文件中添加如下代码:
2、一对多
一个信号连接多个槽:
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:
3、多对一
多个信号连接一个槽函数:
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:
4、多对多
多个信号连接多个槽函数:
在 "widget.h" 头文件中声明三个信号以及三个槽:
在 "widget.cpp" 文件中实现槽函数以及连接信号和槽:
实际上,随着程序员经验越来越多,在 GUI 开发的过程中,“多对多” 其实是个 “伪需求”,实际开发很少会用到,绝大部分情况来说,“一对一” 就够用了。
信号槽存在的意义:
- 解耦合(写代码追求 “高内聚,低耦合”)
- 多对多(非常类似于 MySQL 中的 “多对多”)
五、信号和槽的其他说明
1、信号与槽的断开
使用 disconnect 即可完成断开,disconnect 的用法和 connect 基本一致。
实际上大部分情况下,把信号和槽连接上之后就不必管了,所以 disconnect 使用的比较少。主动断开往往是把信号重新绑定到另一个槽函数上。
2、Qt4 版本信号与槽的连接
Qt4 中的 connect 用法和 Qt5 相比更复杂,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。
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:
(1)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。
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 表达式是 C++11 增加的特性。C++11 中的 Lambda 表达式用于定义并创建匿名的函数对象,以简化编程工作。
Lambda 表达式的语法格式如下:
[ capture ] ( params ) opt -> ret {
Function body;
};
说明:
(1)局部变量引入方式 [ ]
[ ] : 标识一个 Lambda 表达式的开始。不可省略。
- 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。
Lambda 表达式的使用:
以 [=] 方式传递,外部的所有变量在 Lambda 表达式中都可以使用:
以 [a] 方式传递,在 Lambda 表达式中只能使用传递进来的 a:
Lambda 表达式除了可以按照值得方式来捕获变量 [=],还可以按照引用得方式来捕获 [&](但 Qt 中很少这样写),捕获到的变量一般就是各自控件得指针。指针变量按照值传递或者引用来传递都无所谓。如果选择按照引用来传递,还得更关注这个引用得变量本身的生命周期。
(2)函数参数 ( )
(params) 表示 Lambda函数对象接收的参数,类似于函数定义中的小括号表示函数接收的参数类型和个数。参数可以通过按值(如:(int a,int b))和按引用(如:(int &a,int &b))两种方式进行传递。函数参数部分可以省略,省略后相当于无参的函数。
(3)选项 Opt
Opt 部分是可选项,最常用的是 mutable 声明,这部分可以省略。
Lambda 表达式外部的局部变量通过值传递进来时,其默认是 const,所以不能修改这个局部变量的拷贝,加上 mutable 就可以修改。
(4)Lambda 表达式的返回值类型 ->
可以指定 Lambda表达式返回值类型。如果不指定返回值类型,则编译器会根据代码实现为函数推导⼀个返回类型。如果没有返回值,则可忽略此部分。
(5)Lambda表达式的函数体 { }
Lambda 表达式的函数体部分与普通函数体一致。用 { } 标识函数的实现,不能省略,但函数体可以为空。
(6)槽函数使用 Lambda 表达式来实现
A. 点击按钮关闭窗口
B. 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"
4、信号与槽的优缺点
(1)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。
(2)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。