QT 的信号与槽机制介绍 唐新华

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/guitoolkit/qt/signal-slot/index.html

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。

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。

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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：
signals: void mySignal(); void mySignal(int x); 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。

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

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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：
bool QObject::connect ( const QObject * sender, const char * signal, 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。
QLabel *label = new QLabel; QScrollBar *scroll = new QScrollBar; QObject::connect( scroll, SIGNAL(valueChanged(int)), 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：
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：
bool QObject::disconnect ( const QObject * sender, const char * signal, 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。
    disconnect( myObject, 0, 0, 0 ) 或者 myObject->disconnect()

    断开与某个特定信号的任何关联。
    disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 ) 或者 myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) )

    断开两个对象之间的关联。
    disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 ) 或者 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。

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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。

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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。
//tsignal.h ... class TsignalApp:public QMainWindow { Q_OBJECT ... // 信号声明区 signals: // 声明信号 mySignal() void mySignal(); // 声明信号 mySignal(int) void mySignal(int x); // 声明信号 mySignalParam(int,int) void mySignalParam(int x,int y); // 槽声明区 public slots: // 声明槽函数 mySlot() void mySlot(); // 声明槽函数 mySlot(int) void mySlot(int x); // 声明槽函数 mySignalParam (int，int) void mySignalParam(int x,int y); } ... //tsignal.cpp ... TsignalApp::TsignalApp() { ... // 将信号 mySignal() 与槽 mySlot() 相关联 connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot())); // 将信号 mySignal(int) 与槽 mySlot(int) 相关联 connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int))); // 将信号 mySignalParam(int,int) 与槽 mySlotParam(int,int) 相关联 connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int))); } // 定义槽函数 mySlot() void TsignalApp::mySlot() { QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample without parameter."); } // 定义槽函数 mySlot(int) void TsignalApp::mySlot(int x) { QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample with one parameter."); } // 定义槽函数 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() { // 发射信号 mySignal() emit mySignal(); // 发射信号 mySignal(int) emit mySignal(5); // 发射信号 mySignalParam(5，100) emit mySignalParam(5,100); }

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

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

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

你可以采用下面的方法绕过这个限制：
typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*); class someClass : public QObject { Q_OBJECT [...] public slots: void apply( ApplyFunctionType, char *); };

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：
class SomeClass : public QObject { Q_OBJECT public slots: 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 };

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：
[...] public slots: void MyWidget::setLocation (pair location); [...] public signals: 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：
typedef pair IntPair; [...] public slots: void MyWidget::setLocation (IntPair location); [...] public signals: 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 { Q_OBJECT public: class B { public slots: // 在嵌套类中声明槽不合语法 void b(); [....] }; signals: class B { // 在信号区内声明嵌套类不合语法 void b(); [....] }: };

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：
class someClass : public QObject { Q_OBJECT [...] signals: // 信号定义区 friend class ClassTemplate; // 此处定义不合语法 };


参考资料

    QT

    KDevelop

关于作者

唐新华 软件工程师。Email: [e-mail]