Qt 学习之路 2(4):信号槽

信号槽是 Qt 框架引以为豪的机制之一。熟练使用和理解信号槽,能够设计出解耦的非常漂亮的程序,有利于增强我们的技术设计能力。

所谓信号槽,实际就是观察者模式。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,用自己的一个函数(成为槽(slot))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。(这里提一句,Qt 的信号槽使用了额外的处理来实现,并不是 GoF 经典的观察者模式的实现方式。)

为了体验一下信号槽的使用,我们以一段简单的代码说明:

// !!! Qt 5
#include <QApplication>
#include <QPushButton>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QPushButton button("Quit");
    QObject::connect(&button, &QPushButton::clicked, &QApplication::quit);
    button.show();

    return app.exec();
}

这里再次强调,我们的代码是以 Qt 5 为主线,这意味着,有的代码放在 Qt 4 上是不能编译的。因此,豆子会在每一段代码的第一行添加注释,用以表明该段代码是使用 Qt 5 还是 Qt 4 进行编译。读者在测试代码的时候,需要自行选择相应的 Qt 版本。

我们按照前面文章中介绍的在 Qt Creator 中创建工程的方法创建好工程,然后将main()函数修改为上面的代码。点击运行,我们会看到一个按钮,上面有“Quit”字样。点击按钮,程序退出。

按钮在 Qt 中被称为QPushButton。对它的创建和显示,同前文类似,这里不做过多的讲解。我们这里要仔细分析QObject::connect()这个函数。

在 Qt 5 中,QObject::connect()有五个重载:

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const QObject *, const char *,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const QMetaMethod &,
                                const QObject *, const QMetaMethod &,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const char *,
                                Qt::ConnectionType) const;

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Qt::ConnectionType)

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Functor);

这五个重载的返回值都是QMetaObject::Connection,现在我们不去关心这个返回值。下面我们先来看看connect()函数最常用的一般形式:

// !!! Qt 5
connect(sender,   signal,
        receiver, slot);

这是我们最常用的形式。connect()一般会使用前面四个参数,第一个是发出信号的对象,第二个是发送对象发出的信号,第三个是接收信号的对象,第四个是接收对象在接收到信号之后所需要调用的函数。也就是说,当 sender 发出了 signal 信号之后,会自动调用 receiver 的 slot 函数。

这是最常用的形式,我们可以套用这个形式去分析上面给出的五个重载。第一个,sender 类型是const QObject *,signal 的类型是const char *,receiver 类型是const QObject *,slot 类型是const char *。这个函数将 signal 和 slot 作为字符串处理。第二个,sender 和 receiver 同样是const QObject *,但是 signal 和 slot 都是const QMetaMethod &。我们可以将每个函数看做是QMetaMethod的子类。因此,这种写法可以使用QMetaMethod进行类型比对。第三个,sender 同样是const QObject *,signal 和 slot 同样是const char *,但是却缺少了 receiver。这个函数其实是将 this 指针作为 receiver。第四个,sender 和 receiver 也都存在,都是const QObject *,但是 signal 和 slot 类型则是PointerToMemberFunction。看这个名字就应该知道,这是指向成员函数的指针。第五个,前面两个参数没有什么不同,最后一个参数是Functor类型。这个类型可以接受 static 函数、全局函数以及 Lambda 表达式。

由此我们可以看出,connect()函数,sender 和 receiver 没有什么区别,都是QObject指针;主要是 signal 和 slot 形式的区别。具体到我们的示例,我们的connect()函数显然是使用的第五个重载,最后一个参数是QApplication的 static 函数quit()。也就是说,当我们的 button 发出了clicked()信号时,会调用QApplicationquit()函数,使程序退出。

信号槽要求信号和槽的参数一致,所谓一致,是参数类型一致。如果不一致,允许的情况是,槽函数的参数可以比信号的少,即便如此,槽函数存在的那些参数的顺序也必须和信号的前面几个一致起来。这是因为,你可以在槽函数中选择忽略信号传来的数据(也就是槽函数的参数比信号的少),但是不能说信号根本没有这个数据,你就要在槽函数中使用(就是槽函数的参数比信号的多,这是不允许的)。

如果信号槽不符合,或者根本找不到这个信号或者槽函数的话,比如我们改成:

QObject::connect(&button, &QPushButton::clicked, &QApplication::quit2);

由于 QApplication 没有 quit2 这样的函数的,因此在编译时,会有编译错误:

'quit2' is not a member of QApplication

这样,使用成员函数指针,我们就不会担心在编写信号槽的时候会出现函数错误。

借助 Qt 5 的信号槽语法,我们可以将一个对象的信号连接到 Lambda 表达式,例如:

// !!! Qt 5
#include <QApplication>
#include <QPushButton>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QPushButton button("Quit");
    QObject::connect(&button, &QPushButton::clicked, [](bool) {
        qDebug() << "You clicked me!";
    });
    button.show();

    return app.exec();
}

注意这里的 Lambda 表达式接收一个 bool 参数,这是因为QPushButtonclicked()信号实际上是有一个参数的。Lambda 表达式中的qDebug()类似于cout,将后面的字符串打印到标准输出。如果要编译上面的代码,你需要在 pro 文件中添加这么一句:

QMAKE_CXXFLAGS += -std=c++0x

然后正常编译即可。

Qt 4 的信号槽同 Qt 5 类似。在 Qt 4 的 QObject 中,有三个不同的connect()重载:

bool connect(const QObject *, const char *,
             const QObject *, const char *,
             Qt::ConnectionType);

bool connect(const QObject *, const QMetaMethod &,
             const QObject *, const QMetaMethod &,
             Qt::ConnectionType);

bool connect(const QObject *, const char *,
             const char *,
             Qt::ConnectionType) const

除了返回值,Qt 4 的connect()函数与 Qt 5 最大的区别在于,Qt 4 的 signal 和 slot 只有const char *这么一种形式。如果我们将上面的代码修改为 Qt 4 的,则应该是这样的:

// !!! Qt 4
#include <QApplication>
#include <QPushButton>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QPushButton button("Quit");
    QObject::connect(&button, SIGNAL(clicked()),
                     &app,    SLOT(quit()));
    button.show();

    return app.exec();
}

我们使用了SIGNALSLOT这两个宏,将两个函数名转换成了字符串。注意,即使quit()QApplication的 static 函数,也必须传入一个对象指针。这也是 Qt 4 的信号槽语法的局限之处。另外,注意到connect()函数的 signal 和 slot 都是接受字符串,因此,不能将全局函数或者 Lambda 表达式传入connect()。一旦出现连接不成功的情况,Qt 4 是没有编译错误的(因为一切都是字符串,编译期是不检查字符串是否匹配),而是在运行时给出错误。这无疑会增加程序的不稳定性。

信号槽机制是 Qt 的最大特性之一。这次我们只是初略了解了信号槽,知道了如何使用connect()函数进行信号槽的连接。在后面的内容中,我们将进一步介绍信号槽,了解如何设计自己的信号槽等等。

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