Qt信号与槽机制

一、信号和槽机制

信号和槽用于两个对象之间的通信，信号和槽机制是Qt的核心特征，也是Qt不同于其他开发框架的最突出的特征。在GUI编程中，当改变了一个部件时，总希望其他部件也能了解到该变化。更一般来说，我们希望任何对象都可以和其他对象进行通信。例如，如果用户点击了关闭按钮，我们希望可以执行窗口的close()函数来关闭窗口。为了实现对象间的通信，一些工具包中使用了回调（callback）机制，而在Qt中，使用了信号和槽来进行对象间的通信。当一个特殊的事情发生时便可以发射一个信号，比如按钮被单击；而槽就是一个函数，它在信号发射后被调用，来响应这个信号。在Qt的部件类中已经定义了一些信号和槽，但是更多的做法是子类化这个部件，然后添加自己的信号和槽来实现想要的功能。

信号槽是Qt中特有的概念。它使得程序员将不同的object绑定起来，而object对象间并不需要对相互了解。 Slots也是普通的c++方法，它们可以是virtual；可以被重载；可以使private、protected、public，可以像其它c++方法一样有各种类型的参数。它们唯一的区别就是signal与slot是相互链接起来的，slot函数在每次signal函数被emit时会被调用。信号和槽进行关联，使用的是QObject类的connect()函数，这个函数的原型如下：

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

它的第一个参数为发送信号的对象，例如dlg；第二个参数是要发送的信号，这里是SIGNAL(dlgReturn(int))；第三个参数是接收信号的对象，这里是this，表明是本部件，即Widget，当这个参数为this时，也可以将这个参数省略掉，因为connect()函数还有另外一个重载形式，该参数默认为this；第四个参数是要执行的槽，这里是SLOT(showValue(int))。对于信号和槽，必须使用SIGNAL()和SLOT()宏，它们可以将其参数转化为const char* 类型。connect()函数的返回值为bool类型，当关联成功时返回true。还要注意，在调用这个函数时信号和槽的参数只能有类型，不能有变量，例如写成SLOT(showValue(int value))是不对的。对于信号和槽的参数问题，基本原则是信号中的参数类型要和槽中的参数类型相对应，而且信号中的参数可以多于槽中的参数，但是不能反过来，如果信号中有多余的参数，那么它们将被忽略。下面介绍一下connect()函数的最后一个参数，它表明了关联的方式，其默认值是Qt::AutoConnection，这里还有其他几个选择，在编程中一般使用默认值，例如这里，在MyDialog类中使用emit发射了信号之后，就会执行槽，只有等槽执行完了以后，才会执行emit语句后面的代码。大家也可以将这个参数改为Qt::QueuedConnection，这样在执行完emit语句后便会立即执行其后面的代码，而不管槽是否已经执行。当不再使用这个关联时，还可以使用disconnect()函数来断开关联。

标准的常用connect函数如下： connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot)。 sender和receiver是QObject对象的指针，signal和slot函数是不带参数的函数名，实际上SIGNAL()和SLOT()宏将他们的参数（signal和slot函数）转换成相应的字符串。 通过以下实例，我们可以看到信号槽的具体使用情况：

1）一个信号函数可以连接多个槽函数。当一个信号发出时，其所连接的槽函数会以不定顺序的情况下依次调用。

connect(slider,SIGNAL(valueChanged(int)),spinBox,SLOT(setValue(int)));
connect(slider,SIGNAL(valueChanged(int)),this,SLOT(updateStatusBarIndicator(int)));

2）多个信号函数可以连接一个槽函数。当任何一个信号函数emit时，槽函数都会被调用。

connect(lcd,SIGNAL(overflow()),this,SLOT(handleMathError()));

connect(calculator,SIGNAL(divisionByZero()),this,SLOT(handleMathError()));

3）一个信号函数可以连接另一个信号函数 , 第一个信号发出后，第二个信号也同时发出。除此之外，信号与信号连接上和信号和槽连接相同。

4）信号槽的连接也可以被断开, 这个函数很少使用。一个对象实例删除后，Qt自动删除这个对象的所有连接。

disconnect(lcd,SIGNAL(overflow()),this,SLOT(handleMathError())); 

5）信号槽在连接时，她们的参数必须有相同的类型和相同的顺序。但是如果信号的参数比槽的参数多，那么多余的参数将会被忽略掉

connect(ftp, SIGNAL(rawCommandReply(int,const QString &)),this,SLOT(check
Error (int)));

在此例的QString将会被忽略。在信号槽的名字中不能包含参数名，否则Qt会发出警告.

6）信号是没有函数体定义的，如果不慎进行了定义，则编译器会提示“multiple definition of ”错误，应注意。

二、使用信号和槽

1、声明一个信号要使用signals关键字，signals前面不可加public、private和protected进行修饰，因为只有定义该信号的类及其子类才可以发射该信号； 声明一个槽需要使用slots关键字，一个槽可以是private、public或者protected类型的，槽也可以被声明为虚函数，这与普通的成员函数是一样的，也可以像调用一个普通函数一样来调用槽。槽的最大特点就是可以和信号关联。

2、信号只用声明，不需要也不能对它进行定义实现。还要注意，信号没有返回值，只能是void类型的。因为只有QObject类及其子类派生的类才能使用信号和槽机制，比如MyDialog类继承自QDialog类，QDialog类又继承自QWidget类，QWidget类是QObject类的子类，所以这里可以使用信号和槽。不过，使用信号和槽，还必须在类声明的最开始处添加Q_OBJECT宏，在这个程序中，类的声明是自动生成的，已经添加了这个宏。

3、带参数的宏定义和函数指针不能用于信号和槽的参数，信号和槽也不能有缺省参数。

信号

当某个信号对其客户或所有者发生的内部状态发生改动，信号被一个对象发射。只有定义过这个信号的类及其派生类能够发射这个信号。当一个信号被发射时，和其相关联的槽将被即时执行，就象一个正常的函数调用相同。信号-槽机制完全独立于所有GUI事件循环。只有当所有的槽返回以后发射函数（emit）才返回。如果存在多个槽和某个信号相关联，那么，当这个信号被发射时，这些槽将会一个接一个地执行，不过他们执行的顺序将会是随机的、不确定的，我们不能人为地指定哪个先执行、哪个后执行。 
信号的声明是在头文件中进行的，QT的signals关键字指出进入了信号声明区，随后即可声明自己的信号。例如，下面定义了三个信号： 
signals: 
void mySignal(); 
void mySignal(int x); 
void mySignalParam(int x,int y); 
在上面的定义中，signals是QT的关键字，而非C/C++的。接下来的一行void mySignal() 定义了信号mySignal，这个信号没有携带参数；接下来的一行void mySignal(int x)定义了重名信号mySignal，不过他携带一个整形参数，这有点类似于C++中的虚函数。从形式上讲信号的声明和普通的C++函数是相同的，不过信号却没有函数体定义，另外，信号的返回类型都是void，不要指望能从信号返回什么有用信息。 
信号由moc自动产生，他们不应该在.cpp文件中实现。

槽函数

槽是普通的C++成员函数，能被正常调用，他们唯一的特别性就是非常多信号能和其相关联。当和其关联的信号被发射时，这个槽就会被调用。槽能有参数，但槽的参数不能有缺省值。 既然槽是普通的成员函数，因此和其他的函数相同，他们也有存取权限。槽的存取权限决定了谁能够和其相关联。同普通的C++成员函数相同，槽函数也分为三种类型，即public slots、private slots和protected slots。

public slots：

在这个区内声明的槽意味着所有对象的信号均可与之相连接。这对于组件编程非常有用，你能创建彼此互不了解的对象，将他们的信号和槽进行连接以便信息能够正确的传递。 
protected slots：

在这个区内声明的槽意味着当前类及其子类的信号可以与之相连接。这适用于那些槽，他们是类实现的一部分，不过其界面接口却面向外部。 
private slots：

在这个区内声明的槽意味着只有当前类自己的信号才能与之相连接。这适用于联系非常紧密的类。

槽也能够声明为虚函数，这也是非常有用的。 
槽的声明也是在头文件中进行的。例如，下面声明了三个槽： 
public slots: 
void mySlot(); 
void mySlot(int x);

void mySignalParam(int
x,int y);

三、信号与槽自动关联

信号和槽还有一种自动关联方式，例如前面程序中在设计模式直接生成的按钮的单击信号的槽，就是使用的这种方式：on_pushButton_clicked()，它由“on”、部件的objectName和信号三部分组成，中间用下划线隔开。这样组织的名称的槽就可以直接和信号关联，而不用再使用connect()函数。不过使用这种方式还要进行其他设置，而前面之所以可以直接使用，是因为程序中默认已经进行了设置。下面来看一个简单的例子。

新建Qt Gui应用，项目名称为“mySignalSlot2”，基类选择QWidget，然后类名保持“Widget”不变。完成后先在widget.h文件中进行函数声明：

private slots:

    void on_myButton_clicked();

这里自定义了一个槽，它使用自动关联。然后在widget.cpp文件中添加头文件#include <QPushButton>，再将构造函数的内容更改如下：

Widget::Widget(QWidget *parent) :

   QWidget(parent),

   ui(new Ui::Widget)

{

   QPushButton *button = new QPushButton(this);    // 创建按钮

   button->setObjectName("myButton");             // 指定按钮的对象名

   ui->setupUi(this);                     //要在定义了部件以后再调用这个函数

}

因为在setupUi()函数中调用了connectSlotsByName()函数，所以要使用自动关联的部件的定义都要放在setupUi()函数之前，而且还必须使用setObjectName()函数指定它们的objectName，只有这样才能正常使用自动关联。下面是槽的定义：

void Widget::on_myButton_clicked()          // 使用自动关联

{

   close();

}

可以看到，如果要使用信号和槽的自动关联，就必须在connectSlotsByName()函数之前进行部件的定义，而且还要指定部件的objectName。鉴于这些约束，虽然自动关联形式上很简单，但是实际编写代码时却很少使用。而且，在定义一个部件时，很希望明确的使用connect()函数来对其进行信号和槽的关联，这样当别人看到这个部件定义时，就可以知道和它相关的信号和槽的关联了。而使用自动关联，却没有这么明了。

四、信号与槽机制的局限性

信号和槽机制是比较灵活的，但有些局限性我们必须了解，这样在实际的使用过程中做到有的放矢，避免产生一些错误。下面就介绍一下这方面的情况。 
1．信号和槽的效率是非常高的，不过同真正的回调函数比较起来，由于增加了灵活性，因此在速度上还是有所损失，当然这种损失相对来说是比较小的，通过在一台 i586-133的机器上测试是10微秒（运行Linux），可见这种机制所提供的简洁性、灵活性还是值得的。但如果我们要追求高效率的话，比如在实时系统中就要尽可能的少用这种机制。

2．信号和槽机制和普通函数的调用相同，如果使用不当的话，在程式执行时也有可能产生死循环。因此，在定义槽函数时一定要注意避免间接形成无限循环，即在槽中再次发射所接收到的同样信号。例如,在前面给出的例子中如果在mySlot()槽函数中加上语句emit mySignal()即可形成死循环。

3．如果一个信号和多个槽相联系的话，那么，当这个信号被发射时，和之相关的槽被激活的顺序将是随机的。 
4. 带参数的宏定义不能用在signal和slot的参数中。 
既然moc工具不扩展#define，因此，在signals和slots中携带参数的宏就不能正确地工作，如果不带参数是能的。例如，下面的例子中将带有参数的宏SIGNEDNESS(a)作为信号的参数是不合语法的： 
#ifdef ultrix 
#define SIGNEDNESS(a) unsigned a 
#else 
#define SIGNEDNESS(a) a 
#endif 
class Whatever : public QObject 
{ 
  […] 
  signals: 
  void someSignal( SIGNEDNESS(a) ); 
  […] 
}; 
5. 构造函数不能用在signals或slots声明区域内。 
的确，将一个构造函数放在signals或slots区内有点不可理解，无论怎么，不能将他们放在private
slots、protected slots或public slots区内。下面的用法是不合语法需求的： 
class SomeClass : public QObject 
{ 
  Q_OBJECT 
  public slots: 
  SomeClass( QObject *parent, const char *name ) 
  : QObject( parent, name ) {} // 在槽声明区内声明构造函数不合语法 
  […] 
}; 
6. 函数指针不能作为信号或槽的参数。 
例如，下面的例子中将void
(*applyFunction)(QList*, void*)作为参数是不合语法的： 
class someClass : public QObject 
{ 
  Q_OBJECT 
  […] 
  public slots: 
  void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合语法 
}; 
你能采用下面的方法绕过这个限制： 
typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*); 
class someClass : public QObject 
{ 
  Q_OBJECT 
  […] 
  public slots: 
  void apply( ApplyFunctionType, char *); 
}; 

7.信号和槽不能有缺省参数。 
既然signal->slot绑定是发生在运行时刻，那么，从概念上讲使用缺省参数是困难的。下面的用法是不合理的： 
class SomeClass : public QObject 
{ 
  Q_OBJECT 
  public slots: 
  void someSlot(int x=100); // 将x的缺省值定义成100，在槽函数声明中使用是错误的

};

8.信号和槽也不能携带模板类参数。 

如果将信号、槽声明为模板类参数的话，即使moc工具不报告错误，也不可能得到预期的结果。例如，下面的例子中当信号发射时，槽函数不会被正确调用： 
[…] 
public slots: 
void MyWidget::setLocation (pair location); 
[…] 
public signals: 
void MyObject::moved (pair location); 
不过，你能使用typedef语句来绕过这个限制。如下所示： 
typedef pair IntPair; 
[…] 
public slots: 
void MyWidget::setLocation (IntPair location); 
[…] 
public signals: 
void MyObject::moved (IntPair location);

这样使用的话，你就能得到正确的结果。

9.嵌套的类不能位于信号或槽区域内，也不能有信号或槽。

例如，下面的例子中，在class B中声明槽b()是不合语法的，在信号区内声明槽b()也是不合语法的。 
class A 
{ 
Q_OBJECT 
public: 
class B 
{ 
public slots: // 在嵌套类中声明槽不合语法 
void b(); 
[….] 
}; 
signals: 
class B 
{ 
// 在信号区内声明嵌套类不合语法 
void b(); 
[….] 
}: 
};

10.友元声明不能位于信号或槽声明区内。相反，他们应该在普通C++的private、protected或public区内进行声明。下面的例子是不合语法规范的：

class someClass : public QObject 
{ 
Q_OBJECT 
[…] 
signals: //信号定义区 
friend class ClassTemplate; // 此处定义不合语法 
};

五、总结

可以看到信号与槽的使用是很简单的，只需要对它们进行关联，然后在适当的时候发射信号就行。下面列举一下使用信号和槽应该注意的几点：

• 需要继承自QObject或其子类；
• 在类声明的最开始处添加Q_OBJECT宏；
• 槽中的参数的类型要和信号的参数的类型相对应，且不能比信号的参数多；
• 信号只用声明，没有定义，且返回值为void类型。
• 在Qt实际编程时，最好确保工程中每个信号都至少有一个槽函数与之相连接，即不存在无用信号；并且确保工程中每个槽函数都在cpp中实现。

  有时我们希望获得信号发送者的信息，在Qt中提供了QObject::sender()函数来返回发送该信号的对象的指针。但是如果有多个信号关联到了同一个槽上，而在该槽中需要对每一个信号进行不同的处理，使用上面的方法就很麻烦了。对于这种情况，便可以使用QSignalMapper类。QSignalMapper可以被叫做信号映射器，它可以实现对多个相同部件的相同信号进行映射，为其添加字符串或者数值参数，然后再发射出去。对于这个类的使用，大家可以参考《Qt及Qt Quick开发实战精解》的1.3.3小节，那里有这个类的实际应用。还有就是Qt的演示程序中的Tools分类下的Input Panel示例程序中也使用了这个类，大家也可以参考一下这个程序。在这里便不再详细讲述这个类的使用了。

  在本节的最后，来看一下信号和槽机制的特色和优越性：

• 信号和槽机制是类型安全的，相关联的信号和槽的参数必须匹配；
• 信号和槽是松耦合的，信号发送者不知道也不需要知道接受者的信息；
• 信号和槽可以使用任意类型的任意数量的参数。