QT的信号与槽机制

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信号与槽作为QT的核心机制在QT编程中有着广泛的应用,本文介绍了信号与槽的一些基本概念、元对象工具以及在实际使用过程中应注意的一些问题。

QT是一个跨平台的C++ GUI应用构架,它提供了丰富的窗口部件集,具有面向对象、易于扩展、真正的组件编程等特点,更为引人注目的是目前Linux上最为流行的KDE桌面环境就是建立在QT库的基础之上。QT支持下列平台: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平台。伴随着KDE的快速发展和普及,QT很可能成为Linux窗口平台上进行软件开发时的GUI首选。

一、概述

信号和槽机制是QT的核心机制,要精通QT编程就必须对信号和槽有所了解。信号和槽是一种高级接口,应用于对象之间的通信,它是QT的核心特性,也是QT区别于其它工具包的重要地方。信号和槽是QT自行定义的一种通信机制,它独立于标准的C/C++语言,因此要正确的处理信号和槽,必须借助一个称为moc(Meta Object Compiler)的QT工具,该工具是一个C++预处理程序,它为高层次的事件处理自动生成所需要的附加代码。

在我们所熟知的很多GUI工具包中,窗口小部件(widget)都有一个回调函数用于响应它们能触发的每个动作,这个回调函数通常是一个指向某个函数的指针。但是,在 QT中信号和槽取代了这些凌乱的函数指针,使得我们编写这些通信程序更为简洁明了。信号和槽能携带任意数量和任意类型的参数,他们是类型完全安全的,不会像回调函数那样产生core dumps。

所有从 QObject或其子类(例如Qwidget)派生的类都能够包含信号和槽。当对象改变其状态时,信号就由该对象发射(emit)出去,这就是对象所要做的全部事情,它不知道另一端是谁在接收这个信号。这就是真正的信息封装,它确保对象被当作一个真正的软件组件来使用。槽用于接收信号,但它们是普通的对象成员函数。一个槽并不知道是否有任何信号与自己相连接。而且,对象并不了解具体的通信机制。

你可以将很多信号与单个的槽进行连接,也可以将单个的信号与很多的槽进行连接,甚至于将一个信号与另外一个信号相连接也是可能的,这时无论第一个信号什么时候发射系统都将立刻发射第二个信号。总之,信号与槽构造了一个强大的部件编程机制。

二、信号

当某个信号对其客户或所有者发生的内部状态发生改变,信号被一个对象发射。只有定义过这个信号的类及其派生类能够发射这个信号。当一个信号被发射时,与其相关联的槽将被立刻执行,就象一个正常的函数调用一样。信号-槽机制完全独立于任何GUI事件循环。只有当所有的槽返回以后发射函数(emit)才返回。如果存在多个槽与某个信号相关联,那么,当这个信号被发射时,这些槽将会一个接一个地执行,但是它们执行的顺序将会是随机的、不确定的,我们不能人为地指定哪个先执行、哪 个后执行。

信号的声明是在头文件中进行的,QT的signals关键字指出进入了信号声明区,随后即可 声明自己的信号。例如,下面定义了三个信号:

  1. signals:  
  2. void mySignal();  
  3. void mySignal(int x);  
  4. void mySignalParam(int x,int y); 

在上面的定义中,signals是QT的关键字,而非C/C++的。接下来的一行void mySignal() 定义了信号mySignal,这个信号没有携带参数;接下来的一行void mySignal(int x)定义了重名信号mySignal,但是它携带一个整形参数,这有点类似于C++中的虚函数。从形式上讲信号的声明与普通的C++函数是一样的,但是信号却没有函数体定义,另外,信号的返回 类型都是void,不要指望能从信号返回什么有用信息。

信号由moc自动产生,它们不应该在.cpp文件中实现。

三、槽

槽是普通的C++成员函数,可以被正常调用,它们唯一的特殊性就是很多信号可以与其相关联。当与其关联的信号被发射时,这个槽就会被调用。槽可以有参数,但槽的参数不能有缺省值。

既然槽是普通的成员函数,因此与其它的函数一样,它们也有存取权限。槽的存取权限决定了谁能够与其相关联。同普通的C++成员函数一样,槽函数也分为三种类型,即public slots、private slots和protected slots。

public slots:在这个区内声明的槽意味着任何对象都可将信号与之相连接。这对于组件编程非常有用,你可以创建彼此互不了解的对象,将它们的信号与槽进行连接以便信息能够正确的传递。

protected slots:在这个区内声明的槽意味着当前类及其子类可以将信号与之相连接。这适用于那些槽,它们是类实现的一部分,但是其界面接口却面向外部。

private slots:在这个区内声明的槽意味着只有类自己可以将信号与之相连接。这适用于联系非常紧密的类。

槽也能够声明为虚函数,这也是非常有用的。

槽的声明也是在头文件中进行的。例如,下面声明了三个槽:

  1. public slots:   
  2. void mySlot();   
  3. void mySlot(int x);   
  4. void mySignalParam(int x,int y); 

#p#

四、信号与槽的关联

通过调用QObject对象的connect函数来将某个对象的信号与另外一个对象的槽函数相关联,这样当发射者发射信号时,接收者的槽函数将被调用。该函数的定义如下:

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

这个函数的作用就是将发射者sender对象中的信号signal与接收者receiver中的member槽函数联系起来。当指定信号signal时必须使用QT的宏SIGNAL(),当指定槽函数时必须使用宏SLOT()。如果发射者与接收者属于同一个对象的话,那么在connect调用中接收者参数可以省略。

例如,下面定义了两个对象:标签对象label和滚动条对象scroll,并将valueChanged()信号与标签对象的setNum()相关联,另外信号还携带了一个整形参数,这样标签总是显示滚动条所处位置的值。

  1. QLabel   *label = new QLabel;  
  2. QScrollBar *scroll = new QScrollBar;  
  3. QObject::connect( scroll, SIGNAL(valueChanged(int)),  
  4. label, SLOT(setNum(int)) ); 

一个信号甚至能够与另一个信号相关联,看下面的例子:

  1. class MyWidget : public QWidget  
  2. {  
  3. public:  
  4. MyWidget();  
  5. ...  
  6. signals:  
  7. void aSignal();  
  8. ...  
  9. private:  
  10. ...  
  11. QPushButton *aButton;  
  12. };  
  13. MyWidget::MyWidget()  
  14. {  
  15. aButton = new QPushButton( this );  
  16. connect( aButton, SIGNAL(clicked()), SIGNAL(aSignal()) );  

在上面的构造函数中,MyWidget创建了一个私有的按钮aButton,按钮的单击事件产生的信号clicked()与另外一个信号aSignal ()进行了关联。这样一来,当信号clicked()被发射时,信号aSignal()也接着被发射。当然,你也可以直接将单击事件与某个私有的槽函数相关联,然后在槽中发射aSignal()信号,这样的话似乎有点多余。

当信号与槽没有必要继续保持关联时,我们可以使用disconnect函数来断开连接。其定义如下:

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

这个函数断开发射者中的信号与接收者中的槽函数之间的关联。

有三种情况必须使用disconnect()函数:

断开与某个对象相关联的任何对象。这似乎有点不可理解,事实上,当我们在某个对象中定义了一个或者多个信号,这些信号与另外若干个对象中的槽相关联,如果我们要切断这些关联的话,就可以利用这个方法,非常之简洁。

  1. disconnect( myObject, 0, 0, 0 )  

或者

  1. myObject->disconnect() 

断开与某个特定信号的任何关联。

  1. disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 )  

或者

  1. myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) ) 

断开两个对象之间的关联。

  1. disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 )  

或者

  1. myObject->disconnect( myReceiver ) 

在disconnect函数中0可以用作一个通配符,分别表示任何信号、任何接收对象、接收对象中的任何槽函数。但是发射者sender不能为0,其它三个参数的值可以等于0。

五、元对象工具

元对象编译器moc(meta object compiler)对C++文件中的类声明进行分析并产生用于初始化元对象的C++代码,元对象包含全部信号和槽的名字以及指向这些函数的指针。

moc读C++源文件,如果发现有Q_OBJECT宏声明的类,它就会生成另外一个C++源文件,这个新生成的文件中包含有该类的元对象代码。例如,假设我们有一个头文件mysignal.h,在这个文件中包含有信号或槽的声明,那么在编译之前 moc 工具就会根据该文件自动生成一个名为mysignal.moc.h的C++源文件并将其提交给编译器;类似地,对应于mysignal.cpp文件moc 工具将自动生成一个名为mysignal.moc.cpp文件提交给编译器。

元对象代码是signal/slot机制所必须的。用moc产生的C++源文件必须与类实现一起进行编译和连接,或者用#include语句将其包含到类的源文件中。moc并不扩展#include或者#define宏定义,它只是简单的跳过所遇到的任何预处理指令。

#p#

六、程序样例

这里给出了一个简单的样例程序,程序中定义了三个信号、三个槽函数,然后将信号与槽进行了关联,每个槽函数只是简单的弹出一个对话框窗口。读者可以用kdevelop生成一个简单的QT应用程序,然后将下面的代码添加到相应的程序中去。

信号和槽函数的声明一般位于头文件中,同时在类声明的开始位置必须加上Q_OBJECT语句,这条语句是不可缺少的,它将告诉编译器在编译之前必须先应用moc工具进行扩展。关键字signals指出随后开始信号的声明,这里signals用的是复数形式而非单数,siganls没有public、 private、protected等属性,这点不同于slots。另外,signals、slots关键字是QT自己定义的,不是C++中的关键字。

信号的声明类似于函数的声明而非变量的声明,左边要有类型,右边要有括号,如果要向槽中传递参数的话,在括号中指定每个形式参数的类型,当然,形式参数的个数可以多于一个。

关键字slots指出随后开始槽的声明,这里slots用的也是复数形式。

槽的声明与普通函数的声明一样,可以携带零或多个形式参数。既然信号的声明类似于普通C++函数的声明,那么,信号也可采用C++中虚函数的形式进行声明,即同名但参数不同。例如,第一次定义的void mySignal()没有带参数,而第二次定义的却带有参数,从这里我们可以看到QT的信号机制是非常灵活的。

信号与槽之间的联系必须事先用connect函数进行指定。如果要断开二者之间的联系,可以使用函数disconnect。

  1. //tsignal.h  
  2. ...  
  3. class TsignalApp:public QMainWindow  
  4. {  
  5. Q_OBJECT  
  6. ...  
  7. //信号声明区  
  8. signals:  
  9. //声明信号mySignal()  
  10. void mySignal();  
  11. //声明信号mySignal(int)  
  12. void mySignal(int x);  
  13. //声明信号mySignalParam(int,int)  
  14. void mySignalParam(int x,int y);  
  15.  
  16. //槽声明区  
  17. public slots:  
  18. //声明槽函数mySlot()  
  19. void mySlot();  
  20. //声明槽函数mySlot(int)  
  21. void mySlot(int x);  
  22. //声明槽函数mySignalParam (int,int)  
  23. void mySignalParam(int x,int y);  
  24. }  
  25. ...  
  26.  
  27. //tsignal.cpp  
  28. ...  
  29. TsignalApp::TsignalApp()  
  30. {  
  31. ...  
  32. //将信号mySignal()与槽mySlot()相关联  
  33. connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot()));  
  34. //将信号mySignal(int)与槽mySlot(int)相关联  
  35. connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int)));  
  36. //将信号mySignalParam(int,int)与槽mySlotParam(int,int)相关联  
  37. connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int)));  
  38. }  
  39.  
  40. // 定义槽函数mySlot()  
  41. void TsignalApp::mySlot()  
  42. {  
  43. QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample without  
  44. parameter.");  
  45. }  
  46.  
  47. // 定义槽函数mySlot(int)  
  48. void TsignalApp::mySlot(int x)  
  49. {  
  50. QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample with one  
  51. parameter.");  
  52. }  
  53.  
  54. // 定义槽函数mySlotParam(int,int)  
  55. void TsignalApp::mySlotParam(int x,int y)  
  56. {  
  57. char s[256];  
  58. sprintf(s,"x:%d y:%d",x,y);  
  59. QMessageBox::about(this,"Tsignal", s);  
  60. }  
  61. void TsignalApp::slotFileNew()  
  62. {  
  63. //发射信号mySignal()  
  64. emit mySignal();  
  65. //发射信号mySignal(int)  
  66. emit mySignal(5);  
  67. //发射信号mySignalParam(5,100)  
  68. emit mySignalParam(5,100);  

#p#

七、应注意的问题

信号与槽机制是比较灵活的,但有些局限性我们必须了解,这样在实际的使用过程中做到有的放矢,避免产生一些错误。下面就介绍一下这方面的情况。

1.信号与槽的效率是非常高的,但是同真正的回调函数比较起来,由于增加了灵活性,因此在速度上还是有所损失,当然这种损失相对来说是比较小的,通过在一台i586-133的机器上测试是10微秒(运行Linux),可见这种机制所提供的简洁性、灵活性还是值得的。但如果我们要追求高效率的话,比如在实时系统中就要尽可能的少用这种机制。

2.信号与槽机制与普通函数的调用一样,如果使用不当的话,在程序执行时也有可能产生死循环。因此,在定义槽函数时一定要注意避免间接形成无限循环,即在槽中再次发射所接收到的同样信号。例如,在前面给出的例子中如果在mySlot()槽函数中加上语句emit mySignal()即可形成死循环。

3.如果一个信号与多个槽相联系的话,那么,当这个信号被发射时,与之相关的槽被激活的顺序将是随机的。

4. 宏定义不能用在signal和slot的参数中。

既然moc工具不扩展#define,因此,在signals和slots中携带参数的宏就不能正确地工作,如果不带参数是可以的。例如,下面的例子中将带有参数的宏SIGNEDNESS(a)作为信号的参数是不合语法的:

  1. #ifdef ultrix  
  2. #define SIGNEDNESS(a) unsigned a  
  3. #else  
  4. #define SIGNEDNESS(a) a  
  5. #endif  
  6. class Whatever : public QObject  
  7. {  
  8. [...]  
  9. signals:  
  10. void someSignal( SIGNEDNESS(a) );  
  11. [...]  
  12. }; 

5. 构造函数不能用在signals或者slots声明区域内。

的确,将一个构造函数放在signals或者slots区内有点不可理解,无论如何,不能将它们放在private slots、protected slots或者public slots区内。下面的用法是不合语法要求的:

  1. class SomeClass : public QObject  
  2. {  
  3. Q_OBJECT  
  4. public slots:  
  5. SomeClass( QObject *parent, const char *name )  
  6. : QObject( parent, name ) {} // 在槽声明区内声明构造函数不合语法  
  7. [...]  
  8. }; 

6. 函数指针不能作为信号或槽的参数。

例如,下面的例子中将void (*applyFunction)(QList*, void*)作为参数是不合语法的:

  1. class someClass : public QObject  
  2. {  
  3. Q_OBJECT  
  4. [...]  
  5. public slots:  
  6. void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合语法  
  7. }; 

你可以采用下面的方法绕过这个限制:

  1. typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*);  
  2.  
  3. class someClass : public QObject  
  4. {  
  5. Q_OBJECT  
  6. [...]  
  7. public slots:  
  8. void apply( ApplyFunctionType, char *);  
  9. }; 

7.信号与槽不能有缺省参数。

既然signal->slot绑定是发生在运行时刻,那么,从概念上讲使用缺省参数是困难的。下面的用法是不合理的:

  1. class SomeClass : public QObject  
  2. {  
  3. Q_OBJECT  
  4. public slots:  
  5. void someSlot(int x=100); // 将x的缺省值定义成100,在槽函数声明中使用是错误的  
  6. }; 

8.信号与槽也不能携带模板类参数。

如果将信号、槽声明为模板类参数的话,即使moc工具不报告错误,也不可能得到预期的结果。 例如,下面的例子中当信号发射时,槽函数不会被正确调用:

  1. [...]  
  2. public slots:  
  3. void MyWidget::setLocation (pair location);  
  4.  
  5. [...]  
  6. public signals:  
  7. void MyObject::moved (pair location); 

但是,你可以使用typedef语句来绕过这个限制。如下所示:

  1. typedef pair IntPair;  
  2. [...]  
  3. public slots:  
  4. void MyWidget::setLocation (IntPair location);  
  5.  
  6. [...]  
  7. public signals:  
  8. void MyObject::moved (IntPair location); 

这样使用的话,你就可以得到正确的结果。

9.嵌套的类不能位于信号或槽区域内,也不能有信号或者槽。

例如,下面的例子中,在class B中声明槽b()是不合语法的,在信号区内声明槽b()也是不合语法的。 class A
 

  1. {  
  2. Q_OBJECT  
  3. public:  
  4. class B  
  5. {  
  6. public slots:  // 在嵌套类中声明槽不合语法  
  7. void b();  
  8. [....]  
  9. };  
  10. signals:  
  11. class B  
  12. {  
  13. // 在信号区内声明嵌套类不合语法  
  14. void b();  
  15.  
  16. [....]  
  17. }:  
  18. }; 

10.友元声明不能位于信号或者槽声明区内。相反,它们应该在普通C++的private、protected或者public区内进行声明。下面的例子是不合语法规范的:

  1. class someClass : public QObject  
  2. {  
  3. Q_OBJECT  
  4. [...]  
  5. signals: //信号定义区  
  6. friend class ClassTemplate; // 此处定义不合语法 

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责任编辑:zhaolei 来源: 互联网
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