信号与槽的认识

1. 信号和槽概述

（1）信号和槽机制解析：

• 在 Qt 中，用户和控件的每次交互过程称为一个事件。例如：

  • “用户点击按钮” 是一个事件；
  • “用户关闭窗口” 也是一个事件。

• 每个事件会发出一个信号：

  • 点击按钮会发出 “按钮被点击” 的信号；
  • 关闭窗口会发出 “窗口被关闭” 的信号。

（2）控件对信号的处理：

• Qt 中的所有控件都具备接收信号的能力，一个控件可接收多个不同信号。对于接收到的每个信号，控件会做出相应的响应动作（也就是槽）。例如：
  1. 按钮所在的窗口接收到 “按钮被点击” 的信号后，可能执行 “关闭自己” 的槽函数。
  2. 输入框接收到 “输入框被点击” 的信号后，可能执行 “显示闪烁光标，等待用户输入” 的槽函数。

（3）信号与槽的核心作用：

• 信号和槽是 Qt 特有的消息传输机制，用于关联相互独立的控件。例如：
  • “按钮” 和 “窗口” 本是独立控件，点击按钮默认不影响窗口。
  • 通过信号与槽机制，可将按钮的 “被点击” 信号与窗口的 “关闭” 槽绑定，实现 “点击按钮关闭窗口” 的效果。

（4）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（触发特定事件），对应的 Qt 窗口类会发出的通知。信号的本质是事件。例如：
  • 按钮单击、双击。
  • 窗口刷新。
  • 鼠标移动、按下、释放。
  • 键盘输入。
• 信号的呈现形式：
  • 操作某个窗口或控件时，该对象会捕获触发的事件。
  • 事件触发后，Qt 框架会向开发者发出对应的特定信号。
  • 信号以函数形式呈现：事件发生时，Qt 框架调用对应的信号函数通知开发者。
  • 信号的发出者：实例化的类对象（如按钮、窗口等）。

（5）槽的本质：

• 槽（Slot）是对信号响应的函数，本质为普通 C++ 函数，但具有以下特性：
  • 可定义在类的任何位置（public、protected 或 private）。
  • 可接受任意参数、支持重载，但不能有默认参数。
  • 可直接调用，但通常与信号关联，信号触发时自动执行。
• 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。示例如下：
  • 信号：按钮被点击 → 信号函数 clicked()。
  • 槽：窗口关闭 → 槽函数 close()。
  • 关联效果：clicked() 触发时调用 close()，实现“点击按钮关闭窗口”。

（6）关键总结：

• 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。
• 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，它们的特别之处在于：
  • 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）。

2. 信号和槽的使用

2.1 连接信号和槽

（1）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。

• 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。这一点的设定和 Java 是非常相似的

（2）connect() 函数原型：

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

• 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。
• 代码示例：在窗口中设置⼀个按钮，当点击 “按钮” 时关闭 “窗口”。

2.2 查看内置信号和槽

（1）系统自带的信号和槽通常是通过 “Qt 帮助文档” 来查询。 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 。

2.3 通过 Qt Creator 生成信号槽代码

（1）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；

5. 当单击 “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()

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)

6. 自动生成槽函数原型框架；
   • 在 “widget.h” 头文件中自动添加槽函数的声明；
   • 在 “widget.cpp” 中自动生成槽函数定义；

• 首先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：
  1. 以 " on " 开头，中间使用下划线连接起来；
  2. " XXX " 表示的是对象名(控件的 objectName 属性)。
  3. " 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。
• 但是咱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。此处个人还是更建议优先考虑显式 connect) 。
• 最后就是自动生成槽函数定义：

7. 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：

3. 自定义信号和槽

3.1 基本语法

（1）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。

1. 自定义信号函数书写规范：
   • 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；
2. 自定义槽函数书写规范：
   • 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；
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。

（2）示例1：

1. 在 widget.h 中声明自定义的信号和槽，如图所示；

2. 在 widget.cpp 中实现槽函数，并且关联信号和槽
   • 注意：图中的 ① 和 ② 的顺序不能颠倒。
   • 原因是：首先关联信号和槽，⼀旦检测到信号发射之后就会立马执行关联的槽函数。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不会响应。

（3）示例2：当⽼师说 “上课了”，学生们就 “回到座位，开始学习”。

1. 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…”

2. 点击 “add new…” 之后，出现如下界面：

3. 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，当前项目中还没啥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。

4. 选择 “下⼀步”，出现如下界面：

5. 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：

6. 在 teacher.h 中声明信号函数：

7. 在 student.h 中声明槽函数：

8. 在 widget.h 中实例化 “老师类对象” 和 “学生类对象”；

9. 在 student.cpp 中实现槽函数：

10. 在 widget.cpp 中连接自定义信号和槽；

11. 运行结果如下图示：

（4）示例3：老师点击 “按钮” 触发学生上课；

• 运行结果如下图示：

3.2 带参数的信号和槽

（1）Qt 的信号和槽也支持带有参数，同时也可以支持重载，此处我们要求，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。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。

（2）示例1：重载信号槽。

• 在 “widget.h” 头文件中声明重载的信号函数以及重载的槽函数；如下图所示：

• 在 “Widget.cpp” 文件实现重载槽函数以及连接信号和槽。注意：在定义函数指针时要指明函数指针的作用域。

• 执行结果如下图所示：

（3）示例2：信号槽参数列表匹配规则。

• 在 “widget.h” 头文件中声明信号和槽函数；

• 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。

（4）示例3：

• 在 “widget.h” 头文件中声明信号和槽函数；

• 在 “widget.cpp” 文件中实现槽函数以及连接信号和槽；

4. 信号与槽的连接方式

4.1 一对一

（1）主要有两种形式，分别是：一个信号连接一个槽 和 一个信号连接一个信号。

（2）一个信号连接一个槽：

（3）示例：

• 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；

（4）一个信号连接另一个信号：

（5）示例：

• 在上述示例的基础上，在 “widget.cpp” 文件中添加如下代码：

4.2 一对多

（1）一个信号连接多个槽：

（2）示例：

• 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；

4.3 多对一

（1）多个信号连接一个槽函数：

（2）示例：

• 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；

5. 信号和槽的其他说明

5.1 信号与槽的断开

（1）使用 disconnect 即可完成断开。disconnect 的用法和 connect 基本一致。示例如下：

5.2 Qt4 版本信号与槽的连接

（1）Qt4 中的 connect 用法和 Qt5 相比是更复杂的。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。示例如下：

• 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；

（2）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）示例：

5.3 使用 Lambda 表达式定义槽函数

（1）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：

参数名	功能
capture	捕获列表
params	参数表
opt	函数选项
ret	返回值类型
Function body	函数体

（2）局部变量引入方式： [ ]

• [ ]：标识⼀个 Lambda表达式 的开始。不可省略。

符号	说明
[ ]	局部变量捕获列表。Lambda表达式不能访问外部函数体的任何局部变量
[a]	在函数体内部使用值传递的方式访问a变量
[&b]	在函数体内部使用引用传递的方式访问b变量
[=]	函数外的所有局部变量都通过值传递的方式使用, 函数体内使⽤的是副本
[&]	以引用的方式使用Lambda表达式外部的所有变量
[=, &foo]	foo使用引用方式, 其余是值传递的方式
[&, foo]	foo使用值传递方式，其余引用传递
[this]	在函数内部可以使用类的成员函数和成员变量，= 和 & 形式也都会默认引入

• 说明：
  • 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。

• 示例1：Lambda表达式的使用。

• 示例2：以 [=] 方式传递，外部的所有变量在Lambda表达式中都可以使用。

• 示例3：以 [a] 方式传递，在Lambda表达式中只能使用传递进来的 a

（3）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。
• 示例如下：
  

（4）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。

（5）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。
• 示例1：

• 示例2：

（6）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。
• 示例如下：

（7）槽函数使用Lambda表达式来实现：

• 示例1：点击按钮关闭窗口；

• 示例2：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”；

5.4 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。

（3）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。