信号与槽

1. 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，它能将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。但通过信号和槽机制，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。

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。如：

• 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。

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。在 Qt 中，‌槽函数（Slot）可以理解为一种更高级的、类型安全的回调函数‌。

说明

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）。

💡 信号函数的定义是 Qt 自动在编译程序之前生成的。编写 Qt 应用程序的程序员无需关注。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。

\\在头文件中文件声明信号函数和槽函数前
signals:void mysignal(); \\ 编译器自动生成定义
public slots:void mysignal(); \\ 这个需要定义

2. 信号和槽的使用

2.1 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。

💡 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。

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

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 slots。

2.3 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)。

5. 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；

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，即C/C++的实例化的变量名)。
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。

💡 按照这种命名⻛格定义的槽函数, 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. 此处我个⼈还是更建议优先考虑显式 connect)

• 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。

3. 自定义信号和槽

3.1 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。

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。

4.信号和槽的关联

• ⾸先关联信号和槽，⼀旦检测到信号发射之后就会⽴⻢执⾏关联的槽函数。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.

	// 使用时，下面两种方法是相同的。emit mySignal();mySignal();

3.2 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。
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。

示例1：重载信号槽

1. 在 “widget.h” 头文件中声明重载的信号函数以及重载的槽函数；

// widget.h
#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include <QPushButton>class Widget : public QWidget {Q_OBJECT
public:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();
signals:void mySignal();void mySignal(int value);
private slots:void mySlot();void mySlot(int value);
private:QPushButton *button;
};#endif // WIDGET_H

2. 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。

Widget.cpp

#include "widget.h"
#include <QDebug>Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent) {button = new QPushButton("Click me", this);// 定义函数指针，指明作用域void (Widget::*signalNoParam)() = &Widget::mySignal;void (Widget::*signalWithParam)(int) = &Widget::mySignal;void (Widget::*slotNoParam)() = &Widget::mySlot;void (Widget::*slotWithParam)(int) = &Widget::mySlot;// 连接无参信号和无参槽connect(this, signalNoParam, this, slotNoParam);// 连接带参信号和带参槽connect(this, signalWithParam, this, slotWithParam);// 按钮点击触发信号connect(button, &QPushButton::clicked, [this]() {emit mySignal();emit mySignal(10);});
}Widget::~Widget() {}void Widget::mySlot() {qDebug() << "No parameter slot called";
}void Widget::mySlot(int value) {qDebug() << "Slot called with value:" << value;
}

执行结果
当点击按钮时，控制台会输出：

No parameter slot called
Slot called with value: 10

示例2：信号槽参数列表匹配规则

1. 在 “widget.h” 头文件中声明信号和槽函数；

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include <QPushButton>class Widget : public QWidget {Q_OBJECT
public:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();
signals:void mySignal(int value, QString str);
private slots:void mySlot(int value);
private:QPushButton *button;
};#endif // WIDGET_H

2. 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。

widget.cpp

#include "widget.h"
#include <QDebug>Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent) {button = new QPushButton("Click me", this);// 连接信号和槽connect(this, &Widget::mySignal, this, &Widget::mySlot);// 按钮点击触发信号connect(button, &QPushButton::clicked, [this]() {emit mySignal(20, "Hello");});
}Widget::~Widget() {}void Widget::mySlot(int value) {qDebug() << "Slot called with value:" << value;
}

示例3：内置与自定义信号案例

1. 在 “widget.h” 头文件中声明信号和槽函数；

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include <QPushButton>class Widget : public QWidget {Q_OBJECT
public:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();
signals:void mySignal(QString);
private slots:void mySlot();
private:QPushButton *button;
};#endif // WIDGET_H

2. 在 “widget.cpp” 文件中实现槽函数以及连接信号和槽。

widget.cpp

#include "widget.h"
#include <QDebug>Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent) {button = new QPushButton("Click me", this);// 连接信号和槽connect(this, &Widget::mySignal, this, &Widget::mySlot);// 按钮点击触发信号connect(button, &QPushButton::clicked, [this]() {emit mySignal();});emit mySignal("hello");
}Widget::~Widget() {}void Widget::mySlot() {qDebug() << "Slot called";
}

4. 信号与槽的连接方式

4.1 一对一

 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。

示例：

4.2 一对多

 一个信号连接多个槽。

示例：

4.3 多对一

多个信号连接一个槽函数。

示例：

5. 信号和槽的其他说明

5.1 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。

示例：

5.2 Qt4 版本信号与槽的连接

 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：
 1. 在 “widget.h” 头文件中声明信号和槽；
 2. 在 “widget.cpp” 文件中实现槽函数以及连接信号与槽。

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。

5.3 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。(没学过的话，可以点击上行这个链接)

 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：

• 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

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

5.4 信号与槽的优缺点

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。

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。