Qt学习笔记（二）——信号槽

一、初识信号槽

所谓信号槽，实际就是观察者模式。当某个事件发生之后，比如，按钮检测到自己被点击了一下，它就会发出一个信号（signal）。这种发出是没有目的的，类似广播。如果有对象对这个信号感兴趣，它就会使用连接（connect）函数，意思是，用自己的一个函数（成为槽（slot））来处理这个信号。也就是说，当信号发出时，被连接的槽函数会自动被回调。这就类似观察者模式：当发生了感兴趣的事件，某一个操作就会被自动触发。

#include <QApplication>
#include <QPushButton>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QPushButton button("Quit");
    QObject::connect(&button, &QPushButton::clicked, &QApplication::quit);
    button.show();

    return app.exec();
}

以上面这段代码为例体验信号槽的使用

点击Quit即可退出。按钮在 Qt 中被称为QPushButton。

下面了解一下QObject::connect()这个函数。

connect()函数最常用的一般形式：

connect(sender,   signal,
        receiver, slot);

connect()一般会使用前面四个参数，第一个是发出信号的对象，第二个是发送对象发出的信号，第三个是接收信号的对象，第四个是接收对象在接收到信号之后所需要调用的函数。也就是说，当 sender 发出了 signal 信号之后，会自动调用 receiver 的 slot 函数。

在 Qt 5 中，QObject::connect()有五个重载：

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const QObject *, const char *,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const QMetaMethod &,
                                const QObject *, const QMetaMethod &,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const char *,
                                Qt::ConnectionType) const;

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Qt::ConnectionType)

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Functor);

第一个，sender 类型是const QObject *，signal 的类型是const char *，receiver 类型是const QObject *，slot 类型是const char *。这个函数将 signal 和 slot 作为字符串处理。第二个，sender 和 receiver 同样是const QObject *，但是 signal 和 slot 都是const QMetaMethod &。我们可以将每个函数看做是QMetaMethod的子类。因此，这种写法可以使用QMetaMethod进行类型比对。第三个，sender 同样是const QObject *，signal 和 slot 同样是const char *，但是却缺少了 receiver。这个函数其实是将 this 指针作为 receiver。第四个，sender 和 receiver 也都存在，都是const QObject *，但是 signal 和 slot 类型则是PointerToMemberFunction。看这个名字就应该知道，这是指向成员函数的指针。第五个，前面两个参数没有什么不同，最后一个参数是Functor类型。这个类型可以接受 static 函数、全局函数以及 Lambda 表达式。

由此我们可以看出，connect()函数，sender 和 receiver 没有什么区别，都是QObject指针；主要是 signal 和 slot 形式的区别。具体到我们的示例，我们的connect()函数显然是使用的第五个重载，最后一个参数是QApplication的 static 函数quit()。也就是说，当我们的 button 发出了clicked()信号时，会调用QApplication的quit()函数，使程序退出。

信号槽要求信号和槽的参数类型一致。如果不一致，允许的情况是，槽函数的参数可以比信号的少，即便如此，槽函数存在的那些参数的顺序也必须和信号的前面几个一致起来。

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二、自定义信号槽

Qt 的信号槽机制并不仅仅是使用系统提供的那部分，还会允许我们自己设计自己的信号和槽。

下面是通过信号槽实现观察者模式的一个例子：

经典的观察者模式在讲解举例的时候通常会举报纸和订阅者的例子。有一个报纸类Newspaper，有一个订阅者类Subscriber。Subscriber可以订阅Newspaper。这样，当Newspaper有了新的内容的时候，Subscriber可以立即得到通知。在这个例子中，观察者是Subscriber，被观察者是Newspaper。在经典的实现代码中，观察者会将自身注册到被观察者的一个容器中（比如subscriber.registerTo(newspaper)）。被观察者发生了任何变化的时候，会主动遍历这个容器，依次通知各个观察者（newspaper.notifyAllSubscribers()）。

#include <QObject>

////////// newspaper.h
class Newspaper : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    Newspaper(const QString & name) :
        m_name(name)
    {
    }

    void send()
    {
        emit newPaper(m_name);
    }

signals:
    void newPaper(const QString &name);

private:
    QString m_name;
};

////////// reader.h
#include <QObject>
#include <QDebug>

class Reader : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    Reader() {}

    void receiveNewspaper(const QString & name)
    {
        qDebug() << "Receives Newspaper: " << name;
    }
};

////////// main.cpp
#include <QCoreApplication>

#include "newspaper.h"
#include "reader.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication app(argc, argv);

    Newspaper newspaper("Newspaper A");
    Reader reader;
    QObject::connect(&newspaper, &Newspaper::newPaper,
                     &reader,    &Reader::receiveNewspaper);
    newspaper.send();

    return app.exec();
}

首先看Newspaper这个类。这个类继承了QObject类。只有继承了QObject类的类，才具有信号槽的能力。所以，为了使用信号槽，必须继承QObject。凡是QObject类（不管是直接子类还是间接子类），都应该在第一行代码写上Q_OBJECT。不管是不是使用信号槽，都应该添加这个宏。注意，这个宏将由 moc（我们会在后面章节中介绍 moc。这里你可以将其理解为一种预处理器，是比 C++ 预处理器更早执行的预处理器。）做特殊处理，不仅仅是宏展开这么简单。moc 会读取标记了 Q_OBJECT 的头文件，生成以 moc_ 为前缀的文件，比如 newspaper.h 将生成 moc_newspaper.cpp。你可以到构建目录查看这个文件，看看到底增加了什么内容。注意，由于 moc 只处理头文件中的标记了Q_OBJECT的类声明，不会处理 cpp 文件中的类似声明。因此，如果我们的Newspaper和Reader类位于 main.cpp 中，是无法得到 moc 的处理的。解决方法是，我们手动调用 moc 工具处理 main.cpp，并且将 main.cpp 中的#include "newspaper.h"改为#include "moc_newspaper.h"就可以了。不过，这是相当繁琐的步骤，为了避免这样修改，我们还是将其放在头文件中。

Newspaper类的 public 和 private 代码块都比较简单，只不过它新加了一个 signals。signals 块所列出的，就是该类的信号。信号就是一个个的函数名，返回值是 void（因为无法获得信号的返回值，所以也就无需返回任何值），参数是该类需要让外界知道的数据。

Reader类更简单。因为这个类需要接受信号，所以我们将其继承了QObject，并且添加了Q_OBJECT宏。后面则是默认构造函数和一个普通的成员函数。Qt 5 中，任何成员函数、static 函数、全局函数和 Lambda 表达式都可以作为槽函数。与信号函数不同，槽函数必须自己完成实现代码。槽函数就是普通的成员函数，因此作为成员函数，也会受到 public、private 等访问控制符的影响。（我们没有说信号也会受此影响，事实上，如果信号是 private 的，这个信号就不能在类的外面连接，也就没有任何意义。）

main()函数中，我们首先创建了Newspaper和Reader两个对象，然后使用QObject::connect()函数。这个函数我们上一节已经详细介绍过，这里应该能够看出这个连接的含义。然后我们调用Newspaper的send()函数。这个函数只有一个语句：发出信号。由于我们的连接，当这个信号发出时，自动调用 reader 的槽函数，打印出语句。

下面总结一下自定义信号槽需要注意的事项：

发送者和接收者都需要是QObject的子类（当然，槽函数是全局函数、Lambda 表达式等无需接收者的时候除外）；
使用 signals 标记信号函数，信号是一个函数声明，返回 void，不需要实现函数代码；
槽函数是普通的成员函数，作为成员函数，会受到 public、private、protected 的影响；
使用 emit 在恰当的位置发送信号；
使用QObject::connect()函数连接信号和槽。