【Qt】—— 信号与槽

（一）信号和槽概述

在Qt中，每次用户与控件互动的过程都被称为一个事件。举例来说，"用户点击按钮"是一个事件，"用户关闭窗口"也是一个事件。每个事件都会触发相应的信号，例如，当用户点击按钮时，会发出"按钮被点击"的信号；当用户关闭窗口时，会发出"窗口被关闭"的信号。这种事件和信号的机制使得在Qt应用程序中能够方便地处理用户交互和相应的行为。

在Qt中，每个控件都具备接收信号的能力，并且一个控件可以同时接收多个不同的信号。每当控件接收到信号时，它会执行相应的响应动作。举例来说，当窗口中的按钮接收到"按钮被点击"的信号时，它会执行"关闭自身"的响应动作；又如，当文本输入框接收到"文本框被点击"的信号时，它会执行"显示闪烁的光标，等待用户输入数据"的响应动作。在Qt中，对信号所做出的响应动作被称为槽函数。

信号和槽是Qt独有的消息传递机制，它能够连接不同的控件并使它们相互影响。举例来说，"按钮"和"窗口"是两个独立的控件，单纯点击按钮并不会对窗口产生任何影响。通过信号和槽机制，可以将按钮和窗口连接起来，实现"点击按钮会导致窗口关闭"的效果。

1.1 信号的本质

信号是由用户对窗口或控件进行操作所触发的特定事件，这些事件会导致相应的窗口类或控件类发出特定的信号，从而对用户的操作作出响应。因此，从本质上讲，信号就是事件的一种体现。

例如：

• 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。

1.2 槽的本质

槽（Slot）是对信号进行响应的函数。槽函数与一般的C++函数类似，可以定义在类的任何位置（public、protected或private），可以具有任意参数，可以被重载，也可以直接调用（但不能有默认参数）。

• 与一般函数不同的是：槽函数可以与一个信号相关联。当信号被发射时，与之关联的槽函数会自动执行。

1）信号和槽机制在底层通过函数间的相互调用来实现。每个信号可以用函数表示，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，而"窗口关闭"这个槽可以用close()函数表示。因此，使用信号和槽机制实现"点击按钮会关闭窗口"的功能实质上是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。相较于普通的成员函数，它们的特殊之处在于：

• 信号函数用signals关键字修饰，槽函数用public slots、protected slots或private slots修饰。signals和slots是Qt在C++基础上扩展的关键字，专门用于指明信号函数和槽函数；
• 信号函数只需声明，无需定义（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应⽤程序的程序猿⽆需关注.
• 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⻅到.

（二）信号和槽的使用

2.1 信号和槽的连接

信号与槽的连接是Qt中用于建立信号与槽关联关系的重要机制。通过连接，一个信号可以触发一个或多个槽函数的执行，实现对象之间的通信。

在Qt中，QObject类（QObjectQt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）提供了⼀个静态成员函数connect()，该函数专⻔⽤来关联指定的信号函数和槽函数。

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。

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。

2、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

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（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；

（1）在"widget.h"头⽂件中⾃动添加槽函数的声明；

【解释说明】

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。

（2）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（即当我们运行代码点击关闭按钮之后窗口就会自动关闭）

（三）自定义信号和槽

3.1 基本语法

在Qt中，可以自定义信号和槽函数以满足特定需求。然而，自定义的信号函数和槽函数应该遵循一定的书写规范。

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"publicslots"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。

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.

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：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；如下图所⽰：

（2）在"Widget.cpp"⽂件实现重载槽函数以及连接信号和槽。

• 需要注意的是：在定义函数指针时要指明函数指针的作⽤域。

（3）执⾏结果如下图所⽰：

（四）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。

（1）⼀个信号连接⼀个槽

代码⽰例：

1、在"widget.h"中声明信号和槽以及信号发射函数；

2、在"widget.cpp"中实现槽函数，信号发射函数以及连接信号和槽；

（2）⼀个信号连接另⼀个信号

代码示例：

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

⼀个信号连接多个槽

⽰例：

（1）在"widget.h"头⽂件中声明⼀个信号和三个槽;

（2）在"widget.cpp"⽂件中实现槽函数以及连接信号和槽；

4.3 多对⼀

多个信号连接⼀个槽函数

⽰例：

（1）在"widget.h"头⽂件中声明两个信号以及⼀个槽；

（2）在"widget.cpp"⽂件中实现槽函数以及连接信号和槽；

（五）信号和槽的其他说明

5.1 信号与槽的断开

在Qt中，可以使用 disconnect 函数来断开信号与槽之间的连接。disconnect 函数允许你在运行时动态地断开连接，以便停止两个对象之间的信号和槽的关联。（disconnect的⽤法和connect基本⼀致.）

代码示例：

• 需要注意的是，断开连接时，必须提供与建立连接时相同的参数，包括信号函数和槽函数的指针或函数指针。

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。

代码示例：

（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；
  

代码示例：

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。

在Qt中，可以使用Lambda表达式来定义槽函数，这使得代码更加简洁和可读。Lambda表达式是C++11引入的一种匿名函数形式，允许我们在需要函数的地方内联定义函数。

下面是一个使用Lambda表达式定义槽函数的示例：

// 假设有一个QPushButton对象 btn
connect(btn, &QPushButton::clicked, [=]() {
    qDebug() << "按钮被点击了";
    // 在这里写下按钮被点击时需要执行的操作
});

【解释说明】

• 在这个示例中，我们将按钮的clicked信号与一个Lambda表达式连接起来。
• Lambda表达式作为槽函数，使用了方括号[]来捕获外部变量，这里使用了捕获所有外部变量的方式[=]。
• Lambda表达式中的代码将会在按钮被点击时执行。

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。

总结

在Qt中，信号与槽是一种强大的通信机制，用于在对象之间进行异步通信。以下是关于信号与槽的简要小结：

1. 信号：

• 信号是Qt中特有的概念，是一种特殊的成员函数，用于通知其他对象发生了某种特定的事件。
• 信号由signals:关键字声明，在类的声明部分中定义。
• 信号函数通常不包含实际的实现，只是用来发出信号。
• 信号函数可以有参数，参数的类型必须是Qt元对象系统支持的数据类型。

2. 槽：

• 槽是用于响应信号的函数，可以执行特定的操作以响应信号的发生。
• 槽函数由slots:关键字声明，在类的声明部分中定义。
• 槽函数可以是普通成员函数、静态成员函数或者Lambda表达式。
• 槽函数的参数类型必须与连接的信号的参数类型匹配。

3. 连接：

• 连接是指建立信号与槽之间的关联，使得当信号被发出时，相关的槽函数会被调用。
• 连接通过QObject::connect()函数来实现，可以连接两个QObject对象之间的信号和槽。
• 在连接时，需要指定发送信号的对象、信号函数、接收信号的对象以及槽函数。
• 连接还可以使用Qt 5中引入的新语法，使得连接更加类型安全。

4. 自定义信号与槽：

• Qt允许自定义信号和槽函数，以满足特定需求。
• 自定义的信号函数和槽函数应该遵循一定的书写规范，例如在类的声明部分中使用signals:和slots:关键字声明。
• 自定义的信号函数和槽函数可以有参数，参数的类型必须是Qt元对象系统支持的数据类型。

使用信号与槽机制可以实现对象之间的松耦合通信，使得代码更加模块化、可维护和可扩展。