C++ Qt開發：如何使用信號與槽

在Qt中，信號與槽（Signal and Slot）是一種用於對象之間通信的機制。是Qt框架引以爲傲的一項機制，它帶來了許多優勢，使得Qt成爲一個強大且靈活的開發框架之一。信號與槽的關聯通過QObject::connect函數完成。這樣的機制使得對象能夠以一種靈活而鬆散耦合的方式進行通信，使得組件之間的交互更加靈活和可維護。

信號（Signal）是一種特殊的成員函數，用於表示某個事件的發生。當特定的事件發生時，對象會發射（emit）相應的信號。例如，按鈕被點擊、定時器時間到達等都可以是信號。

槽（Slot）是用於處理信號的成員函數。槽函數定義了在特定信號發生時執行的操作。一個槽可以與一個或多個信號關聯，當信號被髮射時，與之關聯的槽函數將被調用。

在早期，對象間的通信採用回調實現。回調實際上是利用函數指針來實現，當我們希望某件事發生時處理函數能夠獲得通知，就需要將回調函數的指針傳遞給處理函數，這樣處理函數就會在合適的時候調用回調函數。回調有兩個明顯的缺點：

它們不是類型安全的，無法保證處理函數傳遞給回調函數的參數都是正確的。
回調函數和處理函數緊密耦合，源於處理函數必須知道哪一個函數被回調。

而信號與槽機制則可以更好的比秒上述問題的產生，以下是信號與槽機制的一些優勢：

鬆散耦合（Loose Coupling）： 信號與槽機制實現了鬆散耦合，使得對象之間的連接更加靈活。對象不需要知道彼此的具體實現，只需通過信號與槽進行通信。這降低了組件之間的依賴關係，提高了代碼的可維護性。
事件驅動（Event-Driven）： 信號與槽機制使得Qt應用程序能夠輕鬆地處理事件。例如，按鈕的點擊、定時器的超時等都可以通過信號與槽來處理，使得應用程序能夠響應用戶交互和外部事件。
模塊化設計： 通過信號與槽，不同模塊之間可以通過事件進行通信，這樣可以更容易地設計和維護模塊化的代碼。一個模塊的改變不太可能影響到其他模塊，從而提高了代碼的可維護性。
異步通信： 信號與槽機制支持跨線程的異步通信。當信號與槽連接在不同線程的對象上時，Qt會自動進行線程間的通信，使得開發者能夠更方便地處理多線程應用。
靈活的連接方式： Qt支持多種連接方式，包括在代碼中使用QObject::connect連接，也可以使用Qt Creator等工具在圖形界面上進行可視化的信號與槽關聯。這種靈活性使得開發者可以選擇最適合他們需求的連接方式。
類型安全的連接（Qt5新增特性）： 在Qt5中引入了新的connect語法，不再需要使用SIGNAL()和SLOT()宏，而是使用函數指針直接進行連接，從而在編譯時進行類型檢查，減少了潛在的運行時錯誤。

總體而言，這些優勢使得Qt成爲構建各種類型應用程序的理想選擇。

1.1 信號與槽函數

1.1.1 Connect

信號和槽進行關聯使用的是QObject類的connect()函數，QObject::connect 是用於建立信號與槽連接的Qt框架函數。它有幾個不同的重載形式，但最常用的形式是：

static QMetaObject::Connection QObject::connect(
    const QObject *sender,
    const char *signal,
    const QObject *receiver,
    const char *slot,
    Qt::ConnectionType type = Qt::AutoConnection
);

參數解釋如下：

sender：發出信號的對象指針。
signal：信號的簽名，使用 SIGNAL 宏包裝，指定了發出的信號。
receiver：接收信號的對象指針。
slot：槽函數的簽名，使用 SLOT 宏包裝，指定了接收到信號時要調用的函數。
type：連接的類型，是一個枚舉值，可以是 Qt::AutoConnection、Qt::DirectConnection、Qt::QueuedConnection 或 Qt::BlockingQueuedConnection。

在函數定義中，第一個參數sender爲發送信號的對象，第二個參數signal爲要發送的信號，第三個參數receiver爲接收信號的對象，第4個參數slot爲接收對象在接收到信號之後所需要調用的槽函數。該函數的最後一個參數表明了關聯的方式，默認值是Qt::AutoConnection方式，函數最終返回值是一個 QMetaObject::Connection 對象，可以用於斷開連接時使用。

這個函數的作用是將 sender 對象的 signal 與 receiver 對象的 slot 進行連接。當 sender 發出信號時，receiver 對象的 slot 函數將被調用。

1.1.2 Disconnect

QObject::disconnect 是 Qt 框架用於斷開信號與槽連接的函數。它有幾個不同的重載形式，但最常用的形式是：

static bool QObject::disconnect(
    const QObject *sender,
    const char *signal,
    const QObject *receiver,
    const char *slot
);

參數解釋如下：

sender：發出信號的對象指針。
signal：信號的簽名，使用 SIGNAL 宏包裝，指定了發出的信號。
receiver：接收信號的對象指針。
slot：槽函數的簽名，使用 SLOT 宏包裝，指定了接收到信號時要調用的函數。

這個函數的作用是斷開 sender 對象的 signal 與 receiver 對象的 slot 之間的連接。如果連接存在，那麼它將被斷開，不再觸發。該函數返回值是一個 bool 類型，表示是否成功斷開連接。

1.2 應用信號與槽

1.2.1 信號與槽綁定

信號與槽函數的使用非常容易理解，筆者將以最簡單的案例來告訴大家該如何靈活的運用這兩者，首先新建一個Qt Widgets Application項目，如下圖所示第一個則是該項目的選項卡，其他參數保持默認即可；

當項目被創建好之後讀者應該能構建看到如下圖所示的頁面提示信息，其中的untitled.pro是項目的主配置文件該配置文件一般有Qt自動維護，文件夾Headers則是項目的頭文件包含路徑，Sources則是代碼的實現路徑，最後一個Forms是用於圖形化設計的UI模板。

首先雙擊mainwindow.ui進入到UI設計模式，接着拖拽一個PushButton按鈕組件，與兩個lineEdit組件到右側的窗體畫布上，並按下Ctrl+S保存該畫布，刷新配置文件，如下圖所示；

此時回到編輯菜單，並點擊mainwindow.h頭文件部分，並在頭文件mainwindow.h的類MainWindow的定義中聲明槽函數，代碼如下，其含義是定義一個按鈕點擊槽：

public slots:
    void on_pushButton_clicked();

接着我們就需要點擊mainwindow.cpp文件，並在頭文件中實現這個槽函數的具體功能，此處我們就實現設置兩個lineEdit組件分別用於顯示兩串字符串，代碼如下；

void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{
    ui->lineEdit->setText("hello lyshark");
    ui->lineEdit_2->setText("www.lyshark.com");
}

最後一步則是建立映射關係，在類MainWindow的構造函數中添加如下語句，以便將信號和槽函數進行連接：

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    // 建立關聯當點擊pushButton時信號clicked 發送給槽on_pushButton_clicked
    connect(ui->pushButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(on_pushButton_clicked));
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{
    ui->lineEdit->setText("hello lyshark");
    ui->lineEdit_2->setText("www.lyshark.com");
}

此時運行程序，當讀者點擊按鈕時，則會自動觸發on_pushButton_clicked()所關聯的代碼，將兩個lineEdit設置爲不同的內容，如下圖；

當然了，上述過程都是需要我們手動的去關聯信號與槽，在開發中其實可以直接在PushButton組件上郵件，選中轉到槽選項，此時則會彈出關於該組件所支持的所有槽函數，讀者只需要選中並雙擊，即可自動實現槽函數的創建與管理，這對於高效率開發是至關重要的。

當然在槽函數使用結束後我們需要斷開，在斷開時直接使用disconnect並傳入需要斷開的綁定sender信號即可，如下所示；

void MainWindow::on_pushButton_2_clicked()
{
    disconnect(ui->pushButton,SIGNAL(clicked()),nullptr,nullptr);
}

1.2.2 匿名函數綁定

你是否感覺使用代碼創建信號與槽很麻煩呢，其實通過使用Lambda表達式我們可以與Connect完美的結合在一起使用，者能夠讓信號與槽的使用更加的得心應手。

Lambda表達式是一種匿名函數的表示方式，引入C++11標準，用於創建內聯函數或閉包。Lambda表達式可以在需要函數對象的地方提供一種更爲簡潔和靈活的語法。

它的基本形式如下：

[capture](parameters) -> return_type {
    // 函數體
}

capture：用於捕獲外部變量的列表。可以捕獲外部變量的值或引用，也可以省略不捕獲任何變量。捕獲列表是Lambda表達式的一部分。
parameters：參數列表，類似於普通函數的參數。
return_type：返回類型，指定Lambda表達式的返回類型。可以省略，由編譯器自動推斷。
{}：Lambda表達式的函數體。

使用Lambda表達式與Qt的connect函數結合實現匿名槽函數。具體概述如下：

Lambda表達式的初始化

[=]() {
    this->setWindowTitle("初始化..");
}();

這裏使用Lambda表達式對 this->setWindowTitle("初始化.."); 進行了初始化，Lambda表達式中的 [=] 表示捕獲外部變量並通過值傳遞，其中的 () 表示Lambda表達式立即執行，實現對窗口標題的初始化。

Lambda表達式作爲槽函數

connect(btn_ptr1, &QPushButton::clicked, this, [=]() mutable {
    number = number + 100;
    std::cout << "inner: " << number << std::endl;
});

這裏使用Lambda表達式作爲 btn_ptr1 按鈕的槽函數。在Lambda表達式中，使用了 mutable 關鍵字，允許修改通過值傳遞的變量 number。當按鈕 btn_ptr1 被點擊時，Lambda表達式內部修改了 number 的值，並輸出修改後的值。

Lambda表達式中的返回值

int ref = []() -> int {
    return 1000;
}();
std::cout << "Return = " << ref << std::endl;

這裏的Lambda表達式中帶有返回值的情況。Lambda表達式通過 -> int 指定返回類型，然後在大括號中返回了一個整數值。該Lambda表達式被立即執行，返回值被賦給變量 ref，並輸出到控制檯。

如下，我們就來演示一個簡單的直接使用匿名函數實現功能的案例，當使用匿名函數時，只需要在Connect時將功能一併寫到鏈接函數的底部即可，此時的效果等同於上述功能，因爲沒有函數名所以顯得更加簡單，如下圖；

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    // 匿名函數
    connect(ui->pushButton,&QPushButton::clicked,this,[=](){
        std::cout << "hello lyshark" << std::endl;
        ui->lineEdit->setText("www.lyshark.com");
    });
}

總體來說，匿名函數（Lambda表達式）在Qt中與connect函數一起使用，提供了一種方便的方式來定義簡短的槽函數，使得代碼更加緊湊和可讀。

C++ Qt開發：如何使用信號與槽

1.1 信號與槽函數

1.1.1 Connect

1.1.2 Disconnect

1.2 應用信號與槽

1.2.1 信號與槽綁定

1.2.2 匿名函數綁定

測試人員都是畫畫大神，讓我看看誰還不會用代碼圖？

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