一、信號和槽函數(shù)機(jī)制簡介

（注1：下文中的槽與槽函數(shù)表示一個意思）

（注2：閱讀本文可能有點(diǎn)枯燥，但文中有關(guān)于信號和槽的重要知識，這些知識甚至在開發(fā)中經(jīng)常被忽略。請君繼續(xù)下看）

信號和槽用于多個對象之間的通信。信號和槽機(jī)制是Qt的核心特性，也是Qt與其他框架最大的不同之處。Qt的元對象系統(tǒng)是信號和槽實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

在GUI編程中，當(dāng)更改一個小部件時，通常希望另一個小部件得到通知。希望任何類型的對象之間都能夠相互通信。例如，如果用戶單擊關(guān)閉按鈕，可能希望調(diào)用窗口的Close()函數(shù)。

其他軟件工具包或框架可能使用回調(diào)機(jī)制實(shí)現(xiàn)這種通信機(jī)制。一個回調(diào)函數(shù)是一個指向一個函數(shù)的指針，所以如果想讓一個處理函數(shù)通知一些事件，可以向處理函數(shù)傳遞一個指向另一個函數(shù)(回調(diào)函數(shù))的指針，然后處理函數(shù)在適當(dāng)?shù)臅r候調(diào)用回調(diào)函數(shù)。雖然使用這種方法的成功框架確實(shí)存在，但回調(diào)可能不太直觀，在確保回調(diào)參數(shù)類型的正確性上可能會存在問題。

在Qt中，有一種回調(diào)技術(shù)的替代方法：那就是信號和槽機(jī)制。當(dāng)特定事件發(fā)生時，會發(fā)出一個信號。Qt的小部件中有許多預(yù)定義的信號，但我們可以將小部件子類化，向它們添加自定義的信號。槽是響應(yīng)特定信號的函數(shù)。Qt的小部件有許多預(yù)定義的槽函數(shù)，但是通常是子類化小部件并添加自己的槽函數(shù)，這樣就可以處理與之相關(guān)聯(lián)的信號了。如下圖所示：

信號和槽機(jī)制是類型安全的：信號的參數(shù)必須與槽函數(shù)的參數(shù)相匹配。(實(shí)際上，槽的參數(shù)可以比它接收到的信號參數(shù)更少，因?yàn)椴劭梢院雎灶~外的參數(shù))由于參數(shù)是兼容的，所以在使用基于函數(shù)指針語法的信號與槽關(guān)聯(lián)機(jī)制時，編譯器可以幫助檢測類型是否匹配，從而可以檢測出在開發(fā)中信號和槽函數(shù)關(guān)聯(lián)時出現(xiàn)的問題。

信號和槽函數(shù)是松耦合的：當(dāng)一個對象發(fā)出信號，該對象不知道也不關(guān)心哪個對象的槽函數(shù)會接收這個信號。Qt的信號和槽函數(shù)機(jī)制確保：如果將一個信號連接到一個槽函數(shù)上，該槽函數(shù)將在正確的時間被調(diào)用。信號和槽函數(shù)可以接受任意數(shù)量的任意類型的參數(shù)。它們完全是類型安全的。所有從QObject或它的一個子類(例如，QWidget)繼承的類都可以使用信號和槽槽函數(shù)機(jī)制。當(dāng)對象改變其狀態(tài)時，可能就會發(fā)出信號（這一點(diǎn)由開發(fā)人員和父類確定其關(guān)聯(lián)的信號什么時候發(fā)出）。

槽函數(shù)用來接收信號，但也是普通的成員函數(shù)。就像對象不知道是否有東西接收到它的信號一樣，槽函數(shù)也不知道是否有信號連接到它，因此可以創(chuàng)建獨(dú)立的軟件組件。當(dāng)需要使用該獨(dú)立組件時，確定其組件類中預(yù)定義的信號和槽函數(shù)，然后關(guān)聯(lián)信號和槽函數(shù)即可。

可以將多個信號連接到一個槽函數(shù)上（即【多對一】），而一個信號也可以連接到多個槽函數(shù)上【即一對多】。

也可以將一個信號直接連接到另一個信號。(當(dāng)?shù)谝粋€信號發(fā)出時，它將立即發(fā)出第二個信號。)

綜上，在Qt中，信號和槽函數(shù)共同構(gòu)成了一個功能強(qiáng)大的組件編程機(jī)制。

二、信號

（2-1）信號的發(fā)出

由于某種條件到達(dá)可能引起了對象改變，其內(nèi)部狀態(tài)將發(fā)生改變，這時候?qū)ο缶蜁l(fā)出信號。信號是公共訪問函數(shù)，可以從任何地方發(fā)出，但是建議：【只從定義該信號的類及其子類發(fā)出信號】。

在Qt框架下，信號發(fā)出分為兩種：

1、【每個類預(yù)定義的信號】：這些信號何時發(fā)出可以通過查看官方文檔獲知。

2、【自定義的信號】：這些信號的發(fā)出由開發(fā)人員自行定義。

（2-2）信號的處理

當(dāng)一個信號發(fā)出時，連接到它的槽函數(shù)通常會立即執(zhí)行，就像一個普通函數(shù)調(diào)用一樣。在這種情況下，信號和槽函數(shù)機(jī)制是完全獨(dú)立于GUI事件循環(huán)的，也并不會干擾GUI的事件循環(huán)。emit語句之后的代碼將在所有槽函數(shù)都返回之后才執(zhí)行。如果使用排隊(duì)連接（queued connections），情況略有不同，在這種情況下，emit關(guān)鍵字后面的代碼將立即繼續(xù)，槽函數(shù)將在后續(xù)執(zhí)行。

如果幾個槽函數(shù)連接到同一個信號上，當(dāng)信號發(fā)出時，這些槽函數(shù)將按照它們連接時的順序依次執(zhí)行【這一點(diǎn)很重要】。

信號是由moc工具自動生成，不能在.cpp文件中實(shí)現(xiàn)，所以信號永遠(yuǎn)不能有返回類型(必須使用void關(guān)鍵字定義信號)。

關(guān)于信號和槽參數(shù)的注意事項(xiàng)：經(jīng)驗(yàn)表明，如果信號和槽函數(shù)不使用特殊類型，那么代碼具有極強(qiáng)的可重用性。

下表是使用connect()創(chuàng)建信號和槽函數(shù)連接時，可以指定5種不同的連接類型：

三、槽函數(shù)

當(dāng)一個連接到槽函數(shù)的信號被發(fā)射時，槽函數(shù)將被調(diào)用。槽函數(shù)是普通的C++函數(shù)，在實(shí)際開發(fā)中也可以正常調(diào)用；它們唯一的特點(diǎn)是：【信號可以與它們相連接】。

由于槽是普通的成員函數(shù)，所以它們在直接調(diào)用時遵循普通的C++規(guī)則。但是，作為槽函數(shù)時，任何組件都可以通過信號連接從而調(diào)用它們。

還可以將槽函數(shù)定義為虛擬的，這在開發(fā)中非常有用。

與回調(diào)機(jī)制相比，信號和槽函數(shù)機(jī)制的速度稍微慢一些，這一點(diǎn)對于實(shí)際應(yīng)用程序來說，這種差別并不顯著。一般來說，發(fā)送一個連接到某些槽函數(shù)的信號，比直接調(diào)用非虛函數(shù)要慢大約10倍。這是定位連接對象、安全地遍歷所有連接(即檢查后續(xù)接收方在發(fā)射過程中沒有被銷毀)以及以函數(shù)調(diào)用增加的開銷。雖然10個非虛函數(shù)調(diào)用聽起來很多，但是它比new操作或delete操作的開銷要小得多。一旦在后臺執(zhí)行一個需要new或delete的字符串、向量或列表操作，信號和槽函數(shù)的開銷只占整個函數(shù)調(diào)用開銷的很小一部分。在槽函數(shù)中執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時也是如此（或間接調(diào)用超過十個函數(shù)）。因此信號和槽函數(shù)機(jī)制的簡單性和靈活性是值得的，這些開銷在實(shí)際應(yīng)用場景下甚至不會注意到。

注意，當(dāng)與基于Qt的應(yīng)用程序一起編譯時，定義為信號或槽的變量的第三方庫可能會導(dǎo)致編譯器出現(xiàn)警告和錯誤。要解決這個問題，使用#undef來定義出錯的預(yù)處理器符號即可。

（3-1）帶有默認(rèn)參數(shù)的信號和槽函數(shù)

信號和槽可以包含參數(shù)，參數(shù)可以有默認(rèn)值。例如：QObject::destroyed()：

voiddestroyed(QObject*=nullptr);

當(dāng)QObject被刪除時，它會發(fā)出這個QObject::destroyed()信號。無論我們在哪里有一個懸空引用指向已刪除的QObject，都希望捕捉到這個信號，這樣就可以清除它。合適的槽參數(shù)可以是：

voidobjectDestroyed(QObject*obj=nullptr);

（3-2）使用QObject::connect()將信號連接到槽函數(shù)的三種方法

1、第一種方法：使用函數(shù)指針

connect(sender,&QObject::destroyed,this,&MyObject::objectDestroyed);

將QObject::connect()與函數(shù)指針一起使用有幾個優(yōu)點(diǎn)。它允許編譯器檢查信號的參數(shù)是否與槽的參數(shù)兼容。當(dāng)然，編譯器還可以隱式地轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2、第二種方法：連接到C++ 11的lambdas

connect(sender,&QObject::destroyed,this,[=](){this->m_objects.remove(sender);});

在這種情況下，我們在connect()調(diào)用中提供這個上下文。上下文對象提供關(guān)于應(yīng)該在哪個線程中執(zhí)行接收器的信息。

當(dāng)發(fā)送方或上下文被銷毀時，lambda將斷開連接。注意：當(dāng)信號發(fā)出時，函數(shù)內(nèi)部使用的所有對象依然是激活的。

3、第三種方法：使用QObject::connect()以及信號和槽聲明宏。

在SIGNAL()和SLOT()宏中包含參數(shù)(如果參數(shù)有默認(rèn)值)的規(guī)則是：傳遞給SIGNAL()宏的參數(shù)不能少于傳遞給SLOT()宏的參數(shù)。

例如以下代碼都是合法的：

connect(sender,SIGNAL(destroyed(QObject*)),this,SLOT(objectDestroyed(Qbject*)));
connect(sender,SIGNAL(destroyed(QObject*)),this,SLOT(objectDestroyed()));
connect(sender,SIGNAL(destroyed()),this,SLOT(objectDestroyed()));

但是這種是非法的：

connect(sender,SIGNAL(destroyed()),this,SLOT(objectDestroyed(QObject*)));

因?yàn)椴酆瘮?shù)期望的是一個信號不會發(fā)送的QObject。此連接將報(bào)告運(yùn)行時錯誤。

注意，使用這種方法時，在使用QObject::connect()關(guān)聯(lián)信號和槽函數(shù)時，編譯器不會自動檢查信號和槽函數(shù)的參數(shù)之間是否匹配。

綜上：使用第一種方法 創(chuàng)建信號和槽 在開發(fā)中較為常用，也較為合適。

（3-3）信號和槽函數(shù)的一些高級用法

當(dāng)需要獲取信號發(fā)送方的信息時，使用Qt提供QObject::sender()函數(shù)，該函數(shù)返回一個指向發(fā)送信號對象的指針。

Lambda表達(dá)式是傳遞自定義參數(shù)到槽的一種方便方式：

connect(action,&QAction::triggered,engine,[=](){engine->processAction(action->text());});

四、使用disconnect斷開信號/槽連接

disconnect()用于斷開對象發(fā)送器中的信號與對象接收器中的方法的連接。如果連接成功斷開，則返回true；否則返回false。

當(dāng)對信號/槽關(guān)聯(lián)的兩方中的任何一個對象進(jìn)行銷毀時，信號/槽連接將被移除。

disconnect()有三種使用方法，如下示例所示：

1、斷開所有與對象相連的信號/槽：

disconnect(myObject,nullptr,nullptr,nullptr);

相當(dāng)于非靜態(tài)重載函數(shù)：

myObject->disconnect();

2、斷開所有與特定信號相連的對象：

disconnect(myObject,SIGNAL(mySignal()),nullptr,nullptr);

相當(dāng)于非靜態(tài)重載函數(shù)：

myObject->disconnect(SIGNAL(mySignal()));

3、斷開特定接收對象的連接：

disconnect(myObject,nullptr,myReceiver,nullptr);

相當(dāng)于非靜態(tài)重載函數(shù)：

myObject->disconnect(myReceiver);

nullptr可以用作通配符，分別表示“任何信號”、“任何接收對象”或“接收對象中的任何槽”。

如下格式的使用示例：

disconnect(發(fā)送對象，信號，接收對象，方法）

發(fā)送對象不會是nullptr。

如果信號為nullptr，將斷開接收對象和槽函數(shù)與所有信號的連接。否則只斷開指定的信號。

如果接收對象是nullptr，它斷開所有關(guān)聯(lián)該信號的連接。否則，只斷開與接收對象的槽函數(shù)連接。

如果方法是nullptr，它會斷開任何連接到接收對象的連接。如果不是，只有命名為方法的槽函數(shù)連接將被斷開。如果沒有接收對象，方法必須為nullptr。即：

disconnect(發(fā)送對象，信號，nullptr，nullptr）

五、使用Qt與第三方信號和槽函數(shù)

當(dāng)?shù)谌綆熘幸灿行盘?槽函數(shù)機(jī)制時，這時候又需要使用Qt的信號和槽函數(shù)機(jī)制。對于這種開發(fā)場景，Qt可以在同一個項(xiàng)目中使用這兩種機(jī)制。需將下面一行添加到qmake項(xiàng)目(.pro)工程配置文件中：

CONFIG+=no_keywords

該配置將告訴Qt不要定義moc關(guān)鍵字信號、槽函數(shù)和emit，因?yàn)檫@些名稱將被第三方庫使用（例如Boost）。如果要在使用no_keywords標(biāo)志下繼續(xù)使用Qt信號和槽機(jī)制，需將源文件中所有的Qt moc關(guān)鍵字替換為對應(yīng)的Qt宏：Q_SIGNALS(或Q_SIGNAL)、Q_SLOT(或Q_SLOT)和Q_EMIT。

六、總結(jié)

本文站在開發(fā)的角度，描述了Qt的信號和槽函數(shù)機(jī)制。