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［QT］深入理解Qt中的信号与槽机制

article 2025/3/21 3:48:17

文章目录

  • 信号与槽
    • 1. 信号和槽概述
      • 信号的本质
      • 槽的本质
      • 说明
    • 2. 信号和槽的使用
      • 2.1 连接信号和槽
      • 2.2 查看内置信号和槽
      • 2.3 通过 Qt Creator 生成信号槽代码
    • 3. 自定义信号和槽
      • 3.1 基本语法
      • 3.2 带参数的信号和槽
        • **示例1：重载信号槽**
        • **示例2：信号槽参数列表匹配规则**
        • **示例3：内置与自定义信号案例**
    • 4. 信号与槽的连接方式
      • 4.1 一对一
      • 4.2 一对多
      • 4.3 多对一
    • 5. 信号和槽的其他说明
      • 5.1 信号与槽的断开
      • 5.2 Qt4 版本信号与槽的连接
      • 5.3 使用 Lambda 表达式定义槽函数
      • 5.4 信号与槽的优缺点

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。在这里插入图片描述

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”。在这里插入图片描述

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； 在这里插入图片描述

  2. 双击 widget.ui 文件，进入 UI 设计界面内容

  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；

    在这里插入图片描述

4. 可视化生成槽函数；
![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/aa7179889e6e49458d76095748310809.png)
- 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()

在这里插入图片描述

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)。

  1. 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；
      在这里插入图片描述

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。
    在这里插入图片描述
  1. 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。在这里插入图片描述

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
  1. 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
  1. 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
  1. 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。

在这里插入图片描述

示例：

内容

4.2 一对多

 一个信号连接多个槽。在这里插入图片描述

示例：

在这里插入图片描述

4.3 多对一

多个信号连接一个槽函数。
在这里插入图片描述

示例：


在这里插入图片描述

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。


http://www.kler.cn/a/593442.html

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