QT 的信號與槽機制介紹

QT 是一個跨平臺的 C++ GUI 應用構架，它提供了豐富的窗口部件集，具有面向對象、易於擴展、真正的組件編程等特點，更爲引人注目的是目前 Linux 上最爲流行的 KDE 桌面環境就是建立在 QT 庫的基礎之上。QT 支持下列平臺：MS/WINDOWS-95、98、NT 和 2000；UNIX/X11-Linux、Sun Solaris、HP-UX、Digital Unix、IBM AIX、SGI IRIX；EMBEDDED- 支持 framebuffer 的 Linux 平臺。伴隨着 KDE 的快速發展和普及，QT 很可能成爲 Linux 窗口平臺上進行軟件開發時的 GUI 首選。

概述

信號和槽機制是 QT 的核心機制，要精通 QT 編程就必須對信號和槽有所瞭解。信號和槽是一種高級接口，應用於對象之間的通信，它是 QT 的核心特性，也是 QT 區別於其它工具包的重要地方。信號和槽是 QT 自行定義的一種通信機制，它獨立於標準的 C/C++ 語言，因此要正確的處理信號和槽，必須藉助一個稱爲 moc（Meta Object Compiler）的 QT 工具，該工具是一個 C++ 預處理程序，它爲高層次的事件處理自動生成所需要的附加代碼。

在我們所熟知的很多 GUI 工具包中，窗口小部件 (widget) 都有一個回調函數用於響應它們能觸發的每個動作，這個回調函數通常是一個指向某個函數的指針。但是，在 QT 中信號和槽取代了這些凌亂的函數指針，使得我們編寫這些通信程序更爲簡潔明瞭。信號和槽能攜帶任意數量和任意類型的參數，他們是類型完全安全的，不會像回調函數那樣產生 core dumps。

所有從 QObject 或其子類 ( 例如 Qwidget) 派生的類都能夠包含信號和槽。當對象改變其狀態時，信號就由該對象發射 (emit) 出去，這就是對象所要做的全部事情，它不知道另一端是誰在接收這個信號。這就是真正的信息封裝，它確保對象被當作一個真正的軟件組件來使用。槽用於接收信號，但它們是普通的對象成員函數。一個槽並不知道是否有任何信號與自己相連接。而且，對象並不瞭解具體的通信機制。

你可以將很多信號與單個的槽進行連接，也可以將單個的信號與很多的槽進行連接，甚至於將一個信號與另外一個信號相連接也是可能的，這時無論第一個信號什麼時候發射系統都將立刻發射第二個信號。總之，信號與槽構造了一個強大的部件編程機制。

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信號

當某個信號對其客戶或所有者發生的內部狀態發生改變，信號被一個對象發射。只有定義過這個信號的類及其派生類能夠發射這個信號。當一個信號被髮射時，與其相關聯的槽將被立刻執行，就象一個正常的函數調用一樣。信號 - 槽機制完全獨立於任何 GUI 事件循環。只有當所有的槽返回以後發射函數（emit）才返回。如果存在多個槽與某個信號相關聯，那麼，當這個信號被髮射時，這些槽將會一個接一個地執行，但是它們執行的順序將會是隨機的、不確定的，我們不能人爲地指定哪個先執行、哪個後執行。

信號的聲明是在頭文件中進行的，QT 的 signals 關鍵字指出進入了信號聲明區，隨後即可聲明自己的信號。例如，下面定義了三個信號：

						 signals: 
		 void mySignal(); 
		 void mySignal(int x); 
		 void mySignalParam(int x,int y);

在上面的定義中，signals 是 QT 的關鍵字，而非 C/C++ 的。接下來的一行 void mySignal() 定義了信號 mySignal，這個信號沒有攜帶參數；接下來的一行 void mySignal(int x) 定義了重名信號 mySignal，但是它攜帶一個整形參數，這有點類似於 C++ 中的虛函數。從形式上講信號的聲明與普通的 C++ 函數是一樣的，但是信號卻沒有函數體定義，另外，信號的返回類型都是 void，不要指望能從信號返回什麼有用信息。

信號由 moc 自動產生，它們不應該在 .cpp 文件中實現。

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槽

槽是普通的 C++ 成員函數，可以被正常調用，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關聯。當與其關聯的信號被髮射時，這個槽就會被調用。槽可以有參數，但槽的參數不能有缺省值。

既然槽是普通的成員函數，因此與其它的函數一樣，它們也有存取權限。槽的存取權限決定了誰能夠與其相關聯。同普通的 C++ 成員函數一樣，槽函數也分爲三種類型，即 public slots、private slots 和 protected slots。

public slots：在這個區內聲明的槽意味着任何對象都可將信號與之相連接。這對於組件編程非常有用，你可以創建彼此互不瞭解的對象，將它們的信號與槽進行連接以便信息能夠正確的傳遞。
protected slots：在這個區內聲明的槽意味着當前類及其子類可以將信號與之相連接。這適用於那些槽，它們是類實現的一部分，但是其界面接口卻面向外部。
private slots：在這個區內聲明的槽意味着只有類自己可以將信號與之相連接。這適用於聯繫非常緊密的類。

槽也能夠聲明爲虛函數，這也是非常有用的。

槽的聲明也是在頭文件中進行的。例如，下面聲明瞭三個槽：

      public slots: 
		 void mySlot(); 
		 void mySlot(int x); 
		 void mySignalParam(int x,int y);

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信號與槽的關聯

通過調用 QObject 對象的 connect 函數來將某個對象的信號與另外一個對象的槽函數相關聯，這樣當發射者發射信號時，接收者的槽函數將被調用。該函數的定義如下：

      bool QObject::connect ( const QObject * sender, const char * signal, 
		 const QObject * receiver, const char * member ) [static]

這個函數的作用就是將發射者 sender 對象中的信號 signal 與接收者 receiver 中的 member 槽函數聯繫起來。當指定信號 signal 時必須使用 QT 的宏 SIGNAL()，當指定槽函數時必須使用宏 SLOT()。如果發射者與接收者屬於同一個對象的話，那麼在 connect 調用中接收者參數可以省略。

例如，下面定義了兩個對象：標籤對象 label 和滾動條對象 scroll，並將 valueChanged() 信號與標籤對象的 setNum() 相關聯，另外信號還攜帶了一個整形參數，這樣標籤總是顯示滾動條所處位置的值。

						 QLabel     *label  = new QLabel; 
    QScrollBar *scroll = new QScrollBar; 
    QObject::connect( scroll, SIGNAL(valueChanged(int)), 
                      label,  SLOT(setNum(int)) );

一個信號甚至能夠與另一個信號相關聯，看下面的例子：

						 class MyWidget : public QWidget 
    { 
    public: 
        MyWidget(); 
    ... 
    signals: 
        void aSignal(); 
    ... 
    private: 
    ... 
        QPushButton *aButton; 
    }; 
    MyWidget::MyWidget() 
    { 
        aButton = new QPushButton( this ); 
        connect( aButton, SIGNAL(clicked()), SIGNAL(aSignal()) ); 
    }

在上面的構造函數中，MyWidget 創建了一個私有的按鈕 aButton，按鈕的單擊事件產生的信號 clicked() 與另外一個信號 aSignal() 進行了關聯。這樣一來，當信號 clicked() 被髮射時，信號 aSignal() 也接着被髮射。當然，你也可以直接將單擊事件與某個私有的槽函數相關聯，然後在槽中發射 aSignal() 信號，這樣的話似乎有點多餘。

當信號與槽沒有必要繼續保持關聯時，我們可以使用 disconnect 函數來斷開連接。其定義如下：

      bool QObject::disconnect ( const QObject * sender, const char * signal, 
		 const Object * receiver, const char * member ) [static]

這個函數斷開發射者中的信號與接收者中的槽函數之間的關聯。

有三種情況必須使用 disconnect() 函數：

斷開與某個對象相關聯的任何對象。這似乎有點不可理解，事實上，當我們在某個對象中定義了一個或者多個信號，這些信號與另外若干個對象中的槽相關聯，如果我們要切斷這些關聯的話，就可以利用這個方法，非常之簡潔。
disconnect( myObject, 0, 0, 0 ) 或者 myObject->disconnect()

斷開與某個特定信號的任何關聯。

 disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 ) 
或者
 myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) )

斷開兩個對象之間的關聯。

 disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 ) 
或者
 myObject->disconnect(  myReceiver )

在 disconnect 函數中 0 可以用作一個通配符，分別表示任何信號、任何接收對象、接收對象中的任何槽函數。但是發射者 sender 不能爲 0，其它三個參數的值可以等於 0。

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元對象工具

元對象編譯器 moc（meta object compiler）對 C++ 文件中的類聲明進行分析併產生用於初始化元對象的 C++ 代碼，元對象包含全部信號和槽的名字以及指向這些函數的指針。

moc 讀 C++ 源文件，如果發現有 Q_OBJECT 宏聲明的類，它就會生成另外一個 C++ 源文件，這個新生成的文件中包含有該類的元對象代碼。例如，假設我們有一個頭文件 mysignal.h，在這個文件中包含有信號或槽的聲明，那麼在編譯之前 moc 工具就會根據該文件自動生成一個名爲 mysignal.moc.h 的 C++ 源文件並將其提交給編譯器；類似地，對應於 mysignal.cpp 文件 moc 工具將自動生成一個名爲 mysignal.moc.cpp 文件提交給編譯器。

元對象代碼是 signal/slot 機制所必須的。用 moc 產生的 C++ 源文件必須與類實現一起進行編譯和連接，或者用 #include 語句將其包含到類的源文件中。moc 並不擴展 #include 或者 #define 宏定義 , 它只是簡單的跳過所遇到的任何預處理指令。

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程序樣例

這裏給出了一個簡單的樣例程序，程序中定義了三個信號、三個槽函數，然後將信號與槽進行了關聯，每個槽函數只是簡單的彈出一個對話框窗口。讀者可以用 kdevelop 生成一個簡單的 QT 應用程序，然後將下面的代碼添加到相應的程序中去。

信號和槽函數的聲明一般位於頭文件中，同時在類聲明的開始位置必須加上 Q_OBJECT 語句，這條語句是不可缺少的，它將告訴編譯器在編譯之前必須先應用 moc 工具進行擴展。關鍵字 signals 指出隨後開始信號的聲明，這裏 signals 用的是複數形式而非單數，siganls 沒有 public、private、protected 等屬性，這點不同於 slots。另外，signals、slots 關鍵字是 QT 自己定義的，不是 C++ 中的關鍵字。

信號的聲明類似於函數的聲明而非變量的聲明，左邊要有類型，右邊要有括號，如果要向槽中傳遞參數的話，在括號中指定每個形式參數的類型，當然，形式參數的個數可以多於一個。

關鍵字 slots 指出隨後開始槽的聲明，這裏 slots 用的也是複數形式。

槽的聲明與普通函數的聲明一樣，可以攜帶零或多個形式參數。既然信號的聲明類似於普通 C++ 函數的聲明，那麼，信號也可採用 C++ 中虛函數的形式進行聲明，即同名但參數不同。例如，第一次定義的 void mySignal() 沒有帶參數，而第二次定義的卻帶有參數，從這裏我們可以看到 QT 的信號機制是非常靈活的。

信號與槽之間的聯繫必須事先用 connect 函數進行指定。如果要斷開二者之間的聯繫，可以使用函數 disconnect。

						 //tsignal.h 
 ... 
 class TsignalApp:public QMainWindow 
 { 
	 Q_OBJECT 
	 ... 
	 // 信號聲明區
	 signals: 
		 // 聲明信號 mySignal() 
		 void mySignal(); 
		 // 聲明信號 mySignal(int) 
		 void mySignal(int x); 
		 // 聲明信號 mySignalParam(int,int) 
		 void mySignalParam(int x,int y); 
	 // 槽聲明區
	 public slots: 
		 // 聲明槽函數 mySlot() 
		 void mySlot(); 
		 // 聲明槽函數 mySlot(int) 
		 void mySlot(int x); 
		 // 聲明槽函數 mySignalParam (int，int) 
		 void mySignalParam(int x,int y); 
 } 
 ... 
 //tsignal.cpp 
 ... 
 TsignalApp::TsignalApp() 
 { 
	 ... 
	 // 將信號 mySignal() 與槽 mySlot() 相關聯
	 connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot())); 
	 // 將信號 mySignal(int) 與槽 mySlot(int) 相關聯
	 connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int))); 
	 // 將信號 mySignalParam(int,int) 與槽 mySlotParam(int,int) 相關聯
	 connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int))); 
 } 
 // 定義槽函數 mySlot() 
 void TsignalApp::mySlot() 
 { 
	 QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample without 
 parameter."); 
 } 
 // 定義槽函數 mySlot(int) 
 void TsignalApp::mySlot(int x) 
 { 
	 QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample with one 
 parameter."); 
 } 
 // 定義槽函數 mySlotParam(int,int) 
 void TsignalApp::mySlotParam(int x,int y) 
 { 
	 char s[256]; 
	 sprintf(s,"x:%d y:%d",x,y); 
	 QMessageBox::about(this,"Tsignal", s); 
 } 
 void TsignalApp::slotFileNew() 
 { 
	 // 發射信號 mySignal() 
	 emit mySignal(); 
	 // 發射信號 mySignal(int) 
	 emit mySignal(5); 
	 // 發射信號 mySignalParam(5，100) 
	 emit mySignalParam(5,100); 
 }

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應注意的問題

信號與槽機制是比較靈活的，但有些侷限性我們必須瞭解，這樣在實際的使用過程中做到有的放矢，避免產生一些錯誤。下面就介紹一下這方面的情況。

1 ．信號與槽的效率是非常高的，但是同真正的回調函數比較起來，由於增加了靈活性，因此在速度上還是有所損失，當然這種損失相對來說是比較小的，通過在一臺 i586-133 的機器上測試是 10 微秒（運行 Linux），可見這種機制所提供的簡潔性、靈活性還是值得的。但如果我們要追求高效率的話，比如在實時系統中就要儘可能的少用這種機制。

2 ．信號與槽機制與普通函數的調用一樣，如果使用不當的話，在程序執行時也有可能產生死循環。因此，在定義槽函數時一定要注意避免間接形成無限循環，即在槽中再次發射所接收到的同樣信號。例如 , 在前面給出的例子中如果在 mySlot() 槽函數中加上語句 emit mySignal() 即可形成死循環。

3 ．如果一個信號與多個槽相聯繫的話，那麼，當這個信號被髮射時，與之相關的槽被激活的順序將是隨機的。

4. 宏定義不能用在 signal 和 slot 的參數中。

既然 moc 工具不擴展 #define，因此，在 signals 和 slots 中攜帶參數的宏就不能正確地工作，如果不帶參數是可以的。例如，下面的例子中將帶有參數的宏 SIGNEDNESS(a) 作爲信號的參數是不合語法的：

						 #ifdef ultrix 
    #define SIGNEDNESS(a) unsigned a 
    #else 
    #define SIGNEDNESS(a) a 
    #endif 
    class Whatever : public QObject 
    { 
    [...] 
    signals: 
        void someSignal( SIGNEDNESS(a) ); 
    [...] 
    };

5. 構造函數不能用在 signals 或者 slots 聲明區域內。

的確，將一個構造函數放在 signals 或者 slots 區內有點不可理解，無論如何，不能將它們放在 private slots、protected slots 或者 public slots 區內。下面的用法是不合語法要求的：

						 class SomeClass : public QObject 
    { 
        Q_OBJECT 
    public slots: 
        SomeClass( QObject *parent, const char *name ) 
            : QObject( parent, name ) {}  // 在槽聲明區內聲明構造函數不合語法
    [...] 
    };

6. 函數指針不能作爲信號或槽的參數。

例如，下面的例子中將 void (*applyFunction)(QList*, void*) 作爲參數是不合語法的：

						 class someClass : public QObject 
    { 
        Q_OBJECT 
    [...] 
    public slots: 
        void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合語法
    };

你可以採用下面的方法繞過這個限制：

      typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*); 
    class someClass : public QObject 
    { 
        Q_OBJECT 
    [...] 
    public slots: 
        void apply( ApplyFunctionType, char *); 
    };

7. 信號與槽不能有缺省參數。

既然 signal->slot 綁定是發生在運行時刻，那麼，從概念上講使用缺省參數是困難的。下面的用法是不合理的：

						 class SomeClass : public QObject 
    { 
        Q_OBJECT 
    public slots: 
        void someSlot(int x=100); // 將 x 的缺省值定義成 100，在槽函數聲明中使用是錯誤的
    };

8. 信號與槽也不能攜帶模板類參數。

如果將信號、槽聲明爲模板類參數的話，即使 moc 工具不報告錯誤，也不可能得到預期的結果。例如，下面的例子中當信號發射時，槽函數不會被正確調用：

						 [...] 
   public slots: 
       void MyWidget::setLocation (pair<int,int> location); 
   [...] 
   public signals: 
       void MyObject::moved (pair<int,int> location);

但是，你可以使用 typedef 語句來繞過這個限制。如下所示：

						 typedef pair<int,int> IntPair; 
   [...] 
   public slots: 
       void MyWidget::setLocation (IntPair location); 
   [...] 
   public signals: 
       void MyObject::moved (IntPair location);

這樣使用的話，你就可以得到正確的結果。

9. 嵌套的類不能位於信號或槽區域內，也不能有信號或者槽。

例如，下面的例子中，在 class B 中聲明槽 b() 是不合語法的，在信號區內聲明槽 b() 也是不合語法的。

						 class A 
    { 
        Q_OBJECT 
    public: 
        class B 
    { 
        public slots:   // 在嵌套類中聲明槽不合語法
            void b(); 
        [....] 
        }; 
    signals: 
        class B 
    { 
        // 在信號區內聲明嵌套類不合語法
        void b(); 
        [....] 
        }: 
    };

10. 友元聲明不能位於信號或者槽聲明區內。

相反，它們應該在普通 C++ 的 private、protected 或者 public 區內進行聲明。下面的例子是不合語法規範的：

						 class someClass : public QObject 
    { 
        Q_OBJECT 
    [...] 
    signals: // 信號定義區
        friend class ClassTemplate; // 此處定義不合語法
    };

參考資料

QT
KDevelop

關於作者

唐新華軟件工程師。Email: [email protected]

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