嵌入式Qt中信號與槽機(jī)制的研究

金 繁,崔培雷

（北方工業(yè)大學(xué) 北京 100144）

信號和槽機(jī)制是Qt的核心機(jī)制，要精通Qt編程就必須對信號和槽有所了解。信號和槽是一種高級接口，應(yīng)用于對象之間的通信，它是Qt的核心特性，也是Qt區(qū)別于其它工具包的重要地方。信號和槽是Qt自行定義的一種通信機(jī)制，它獨立于標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語言，因此要正確的處理信號和槽，必須借助一個稱為moc（Meta Object Compiler）的Qt工具，該工具是一個C++預(yù)處理程序，它為高層次的事件處理自動生成所需要的附加代碼。在Qt中信號和槽取代了函數(shù)指針，使得我們編寫這些通信程序更為簡潔明了。信號和槽能攜帶任意數(shù)量和任意類型的參數(shù)，他們是類型完全安全的，不會像回調(diào)函數(shù)那樣產(chǎn)生core dumps。所有從QObject或其子類 (例如Qwidget)派生的類都能夠包含信號和槽。當(dāng)對象改變其狀態(tài)時，信號就由該對象發(fā)射(emit)出去，這就是對象所要做的全部事情，它不知道另一端是誰在接收這個信號。這就是真正的信息封裝，它確保對象被當(dāng)作一個真正的軟件組件來使用。槽用于接收信號，但它們是普通的對象成員函數(shù)。一個槽并不知道是否有任何信號與自己相連接。而且，對象并不了解具體的通信機(jī)制。你可以將很多信號與單個的槽進(jìn)行連接，也可以將單個的信號與很多的槽進(jìn)行連接，甚至于將一個信號與另外一個信號相連接也是可能的，這時無論第一個信號什么時候發(fā)射系統(tǒng)都將立刻發(fā)射第二個信號，信號與槽構(gòu)造了一個強(qiáng)大的部件編程機(jī)制。

1 信號

當(dāng)某個信號對其客戶或所有者發(fā)生的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變，信號被一個對象發(fā)射。只有定義過這個信號的類及其派生類能夠發(fā)射這個信號。當(dāng)一個信號被發(fā)射時，與其相關(guān)聯(lián)的槽將被立刻執(zhí)行，就象一個正常的函數(shù)調(diào)用一樣。信號-槽機(jī)制完全獨立于任何GUI事件循環(huán)。只有當(dāng)所有的槽返回以后發(fā)射函數(shù)（emit）才返回。如果存在多個槽與某個信號相關(guān)聯(lián)，那么，當(dāng)這個信號被發(fā)射時，這些槽將會一個接一個地執(zhí)行，但是它們執(zhí)行的順序?qū)请S機(jī)的、不確定的，我們不能人為地指定哪個先執(zhí)行、哪個后執(zhí)行。信號的聲明是在頭文件中進(jìn)行的，Qt的signals關(guān)鍵字指出進(jìn)入了信號聲明區(qū)，隨后即可聲明自己的信號。例如，下面定義了3個信號：

signals:

void mySignal();

void mySignal(int x);

void mySignalParam(int x,int y);

在上面的定義中，signals是Qt的關(guān)鍵字，而非C/C++的。接下來的一行void mySignal()定義了信號mySignal，這個信號沒有攜帶參數(shù)；接下來的一行void mySignal(int x)定義了重名信號mySignal，但是它攜帶一個整形參數(shù)，這有點類似于C++中的虛函數(shù)。從形式上講信號的聲明與普通的C++函數(shù)是一樣的，但是信號卻沒有函數(shù)體定義，另外，信號的返回類型都是void，不要指望能從信號返回什么有用信息。信號由moc自動產(chǎn)生，它們不應(yīng)該在.cpp文件中實現(xiàn)。

2 槽

槽是普通的C++成員函數(shù)，可以被正常調(diào)用，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關(guān)聯(lián)。當(dāng)與其關(guān)聯(lián)的信號被發(fā)射時，這個槽就會被調(diào)用。槽可以有參數(shù)，但槽的參數(shù)不能有缺省值。因為槽是普通的成員函數(shù)，所以與其它的函數(shù)一樣，它們也有存取權(quán)限。槽的存取權(quán)限決定了誰能夠與其相關(guān)聯(lián)。同普通的C++成員函數(shù)一樣，槽函數(shù)也分為3種類型，即public slots、private slots和 protected slots。

public slots：在這個區(qū)內(nèi)聲明的槽意味著任何對象都可將信號與之相連接。這對于組件編程非常有用，你可以創(chuàng)建彼此互不了解的對象，將它們的信號與槽進(jìn)行連接以便信息能夠正確的傳遞。

protected slots：在這個區(qū)內(nèi)聲明的槽意味著當(dāng)前類及其子類可以將信號與之相連接。這適用于那些槽，它們是類實現(xiàn)的一部分，但是其界面接口卻面向外部。

private slots：在這個區(qū)內(nèi)聲明的槽意味著只有類自己可以將信號與之相連接。這適用于聯(lián)系非常緊密的類。

槽也能夠聲明為虛函數(shù)，這也是非常有用的。槽的聲明也是在頭文件中進(jìn)行的。例如，下面聲明了3個槽：

public slots:void mySlot();

void mySlot(int x);

void mySignalParam(int x,int y);

3 信號與槽的關(guān)聯(lián)

信號與槽連接的簡單模型如下圖。

圖1 信號與槽連接的簡單模型Fig.1 A simple model of the signal and slot connections

通過調(diào)用QObject對象的connect函數(shù)來將某個對象的信號與另外一個對象的槽函數(shù)相關(guān)聯(lián)，這樣當(dāng)發(fā)射者發(fā)射信號時，接收者的槽函數(shù)將被調(diào)用。該函數(shù)的定義如下：bool QObject::connect(const QObject*sender,const char*signal,const QObject*receiver,const char*member)[static]。 這個函數(shù)的作用就是將發(fā)射者sender對象中的信號signal與接收者receiver中的member槽函數(shù)聯(lián)系起來。當(dāng)指定信號signal時必須使用Qt的宏SIGNAL()，當(dāng)指定槽函數(shù)時必須使用宏SLOT()。如果發(fā)射者與接收者屬于同一個對象的話，那么在connect調(diào)用中接收者參數(shù)可以省略。例如，下面定義了兩個對象：標(biāo)簽對象label和滾動條對象scroll，并將valueChanged()信號與標(biāo)簽對象的setNum()相關(guān)聯(lián)，另外信號還攜帶了一個整形參數(shù)，這樣標(biāo)簽總是顯示滾動條所處位置的值。

一個信號可以和多個槽相連：

connect(slider,SIGNAL(valueChanged(int)),spinBox,SLOT(setValue(int)));

connect(slider,SIGNAL(valueChanged(int)),this,SLOT(updateStatusBarIndicator(int)));

注意，如果是這種情況，這些槽會一個接一個的被調(diào)用，但是它們的調(diào)用順序是不確定的。

多個信號可以連接到一個槽：

connect(lcd,SIGNAL(overflow()),this,SLOT(handleMathError()));connect(calculator,SIGNAL (divisionByZero ()),this,SLOT(handleMathError()));

只要任意一個信號發(fā)出，這個槽就會被調(diào)用。

一個信號可以連接到另外的一個信號：

connect(lineEdit,SIGNAL(textChanged(const QString&)),this,SIGNAL(updateRecord(const QString&)));

這是說，當(dāng)?shù)谝粋€信號發(fā)出時，第二個信號被發(fā)出。除此之外，這種信號-信號的形式和信號-槽的形式?jīng)]有什么區(qū)別。

槽可以被取消鏈接：

disconnect(lcd,SIGNAL(overflow()),this,SLOT(handleMath-Error()));

這種情況并不經(jīng)常出現(xiàn)，因為當(dāng)一個對象delete之后，Qt自動取消所有連接到這個對象上面的槽。為了正確的連接信號槽，信號和槽的參數(shù)個數(shù)、類型以及出現(xiàn)的順序都必須相同，例如：

connect(ftp,SIGNAL(rawCommandReply(int,const QString&)),this,SLOT(processReply(int,const QString&)));

這里有一種例外情況，如果信號的參數(shù)多于槽的參數(shù)，那么這個參數(shù)之后的那些參數(shù)都會被忽略掉，例如：

connect(ftp,SIGNAL(rawCommandReply(int,const QString&)),this,SLOT(checkErrorCode(int)));

這里，const QString&這個參數(shù)就會被槽忽略掉。

如果信號槽的參數(shù)不相容，或者是信號或槽有一個不存在，或者在信號槽的連接中出現(xiàn)了參數(shù)名字，在Debug模式下編譯的時候，Qt都會很智能的給出警告。在這之前，我們僅僅在widgets中使用到了信號槽，但是，注意到connect()函數(shù)其實是在QObject中實現(xiàn)的，并不局限于GUI，因此，只要我們繼承QObject類，就可以使用信號槽機(jī)制：

class Employee:public QObject

{ Q_OBJECT

public:

Employee(){mySalary=0;}

int salary()const{return mySalary;}

public slots:

void setSalary(int newSalary);

signals:

void salaryChanged(int newSalary);

private:

int mySalary;

};

在使用時，給出下面的代碼：

void Employee::setSalary(int newSalary)

{ if(newSalary!=mySalary){

mySalary=newSalary;

emit salaryChanged(mySalary);

}

}

有3種情況必須使用disconnect()函數(shù)：斷開與某個對象相關(guān)聯(lián)的任何對象。這似乎有點不可理解，事實上，當(dāng)我們在某個對象中定義了一個或者多個信號，這些信號與另外若干個對象中的槽相關(guān)聯(lián)，如果我們要切斷這些關(guān)聯(lián)的話，就可以利用這個方法，非常之簡潔。disconnect(myObject,0,0,0)或者myObject－＞disconnect()斷開與某個特定信號的任何關(guān)聯(lián)。disconnect(myObject,SIGNAL(mySignal()),0,0)，斷開兩個對象之間的關(guān)聯(lián)。在disconnect函數(shù)中0可以用作一個通配符，分別表示任何信號、任何接收對象、接收對象中的任何槽函數(shù)。但是發(fā)射者sender不能為0，其他3個參數(shù)的值可以等于0。

4 結(jié)論

通過對Qt中信號與槽機(jī)制的研究，可以總結(jié)出幾點結(jié)論：信號和槽不能有缺省參數(shù)值,不能攜帶模板類參數(shù)；嵌套的類不能位于信號和槽區(qū)域內(nèi)，也不能有信號或者槽；構(gòu)造函數(shù)不能用在signals和slots聲明區(qū)域內(nèi),不能作為信號或槽的參數(shù)；友元聲明不能位于信號和槽的聲明區(qū)域內(nèi)；如果一個信號與多個槽相聯(lián)系的話，那么當(dāng)這個信號被發(fā)射時，與之相關(guān)的槽被激活的順序?qū)⑹请S機(jī)的，且順序不能指定；宏定義不能用在signal和slot的參數(shù)中。既然moc工具不擴(kuò)展#define，因此在signals和slots中攜帶參數(shù)的宏就不能正確地工作，如果不帶參數(shù)是可以的；信號與槽機(jī)制與普通函數(shù)的調(diào)用一樣，如果使用不當(dāng)?shù)脑挘诔绦驁?zhí)行時也有可能產(chǎn)生死循環(huán)。因此，在定義槽函數(shù)時一定要注意避免間接形成無限循環(huán)，即在槽中再次發(fā)射所接收到的同樣信號；信號與槽的效率是非常高的，但是同真正的回調(diào)函數(shù)比較起來，由于增加了靈活性，因此在速度上還是有所損失，當(dāng)然這種損失相對來說是比較小的。但如果要追求高效率的話，比如在實時系統(tǒng)中就要避免采用信號與槽的機(jī)制。

[1]唐新華.Qt的信號與槽機(jī)制介紹 ［EB/OL］(2001－06－01).http：//www.ibm.com/developerworks/cn/linux/guitoolkit/qt signal－slot.

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