一、信號(hào)和槽函數(shù)機(jī)制簡(jiǎn)介

（注1：下文中的槽與槽函數(shù)表示一個(gè)意思）

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

信號(hào)和槽用于多個(gè)對(duì)象之間的通信。信號(hào)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(duì)象系統(tǒng)是信號(hào)和槽實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

在GUI編程中，當(dāng)更改一個(gè)小部件時(shí)，通常希望另一個(gè)小部件得到通知。希望任何類型的對(duì)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(gè)回調(diào)函數(shù)是一個(gè)指向一個(gè)函數(shù)的指針，所以如果想讓一個(gè)處理函數(shù)通知一些事件，可以向處理函數(shù)傳遞一個(gè)指向另一個(gè)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(shí)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?；卣{(diào)參數(shù)類型的正確性上可能會(huì)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(hào)和槽機(jī)制。當(dāng)特定事件發(fā)生時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)。Qt的小部件中有許多預(yù)定義的信號(hào)，但我們可以將小部件子類化，向它們添加自定義的信號(hào)。槽是響應(yīng)特定信號(hào)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(hào)了。如下圖所示：

信號(hào)和槽機(jī)制是類型安全的：信號(hào)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(hào)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(hào)與槽關(guān)聯(lián)機(jī)制時(shí)，編譯器可以幫助檢測(cè)類型是否匹配，從而可以檢測(cè)出在開發(fā)中信號(hào)和槽函數(shù)關(guān)聯(lián)時(shí)出現(xiàn)的問題。

信號(hào)和槽函數(shù)是松耦合的：當(dāng)一個(gè)對(duì)象發(fā)出信號(hào)，該對(duì)象不知道也不關(guān)心哪個(gè)對(duì)象的槽函數(shù)會(huì)接收這個(gè)信號(hào)。Qt的信號(hào)和槽函數(shù)機(jī)制確保：如果將一個(gè)信號(hào)連接到一個(gè)槽函數(shù)上，該槽函數(shù)將在正確的時(shí)間被調(diào)用。信號(hào)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(gè)子類(例如，QWidget)繼承的類都可以使用信號(hào)和槽槽函數(shù)機(jī)制。當(dāng)對(duì)象改變其狀態(tài)時(shí)，可能就會(huì)發(fā)出信號(hào)（這一點(diǎn)由開發(fā)人員和父類確定其關(guān)聯(lián)的信號(hào)什么時(shí)候發(fā)出）。

槽函數(shù)用來接收信號(hào)，但也是普通的成員函數(shù)。就像對(duì)象不知道是否有東西接收到它的信號(hào)一樣，槽函數(shù)也不知道是否有信號(hào)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(shí)，確定其組件類中預(yù)定義的信號(hào)和槽函數(shù)，然后關(guān)聯(lián)信號(hào)和槽函數(shù)即可。

可以將多個(gè)信號(hào)連接到一個(gè)槽函數(shù)上（即【多對(duì)一】），而一個(gè)信號(hào)也可以連接到多個(gè)槽函數(shù)上【即一對(duì)多】。

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

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

二、信號(hào)

（2-1）信號(hào)的發(fā)出

由于某種條件到達(dá)可能引起了對(duì)象改變，其內(nèi)部狀態(tài)將發(fā)生改變，這時(shí)候?qū)ο缶蜁?huì)發(fā)出信號(hào)。信號(hào)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(hào)的類及其子類發(fā)出信號(hào)】。

在Qt框架下，信號(hào)發(fā)出分為兩種：

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

2、【自定義的信號(hào)】：這些信號(hào)的發(fā)出由開發(fā)人員自行定義。

（2-2）信號(hào)的處理

當(dāng)一個(gè)信號(hào)發(fā)出時(shí)，連接到它的槽函數(shù)通常會(huì)立即執(zhí)行，就像一個(gè)普通函數(shù)調(diào)用一樣。在這種情況下，信號(hào)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(huì)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(gè)槽函數(shù)連接到同一個(gè)信號(hào)上，當(dāng)信號(hào)發(fā)出時(shí)，這些槽函數(shù)將按照它們連接時(shí)的順序依次執(zhí)行【這一點(diǎn)很重要】。

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

關(guān)于信號(hào)和槽參數(shù)的注意事項(xiàng)：經(jīng)驗(yàn)表明，如果信號(hào)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(hào)和槽函數(shù)連接時(shí)，可以指定5種不同的連接類型：

三、槽函數(shù)

當(dāng)一個(gè)連接到槽函數(shù)的信號(hào)被發(fā)射時(shí)，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(hào)可以與它們相連接】。

由于槽是普通的成員函數(shù)，所以它們?cè)谥苯诱{(diào)用時(shí)遵循普通的C++規(guī)則。但是，作為槽函數(shù)時(shí)，任何組件都可以通過信號(hào)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(hào)和槽函數(shù)機(jī)制的速度稍微慢一些，這一點(diǎn)對(duì)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(gè)連接到某些槽函數(shù)的信號(hào)，比直接調(diào)用非虛函數(shù)要慢大約10倍。這是定位連接對(duì)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(gè)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(tái)執(zhí)行一個(gè)需要new或delete的字符串、向量或列表操作，信號(hào)和槽函數(shù)的開銷只占整個(gè)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(shí)也是如此（或間接調(diào)用超過十個(gè)函數(shù)）。因此信號(hào)和槽函數(shù)機(jī)制的簡(jiǎn)單性和靈活性是值得的，這些開銷在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下甚至不會(huì)注意到。

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

（3-1）帶有默認(rèn)參數(shù)的信號(hào)和槽函數(shù)

信號(hào)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(shí)，它會(huì)發(fā)出這個(gè)QObject::destroyed()信號(hào)。無論我們?cè)谀睦镉幸粋€(gè)懸空引用指向已刪除的QObject，都希望捕捉到這個(gè)信號(hào)，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(hào)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(gè)優(yōu)點(diǎn)。它允許編譯器檢查信號(hào)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?cè)赾onnect()調(diào)用中提供這個(gè)上下文。上下文對(duì)象提供關(guān)于應(yīng)該在哪個(gè)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(shí)，lambda將斷開連接。注意：當(dāng)信號(hào)發(fā)出時(shí)，函數(shù)內(nèi)部使用的所有對(duì)象依然是激活的。

3、第三種方法：使用QObject::connect()以及信號(hào)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(gè)信號(hào)不會(huì)發(fā)送的QObject。此連接將報(bào)告運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。

注意，使用這種方法時(shí)，在使用QObject::connect()關(guān)聯(lián)信號(hào)和槽函數(shù)時(shí)，編譯器不會(huì)自動(dòng)檢查信號(hào)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(hào)和槽 在開發(fā)中較為常用，也較為合適。

（3-3）信號(hào)和槽函數(shù)的一些高級(jí)用法

當(dāng)需要獲取信號(hào)發(fā)送方的信息時(shí)，使用Qt提供QObject::sender()函數(shù)，該函數(shù)返回一個(gè)指向發(fā)送信號(hào)對(duì)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(hào)/槽連接

disconnect()用于斷開對(duì)象發(fā)送器中的信號(hào)與對(duì)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(duì)信號(hào)/槽關(guān)聯(lián)的兩方中的任何一個(gè)對(duì)象進(jìn)行銷毀時(shí)，信號(hào)/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(duì)象相連的信號(hào)/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(hào)相連的對(duì)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(duì)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(hào)”、“任何接收對(duì)象”或“接收對(duì)象中的任何槽”。

如下格式的使用示例：

disconnect(發(fā)送對(duì)象，信號(hào)，接收對(duì)象，方法）

發(fā)送對(duì)象不會(huì)是nullptr。

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

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

如果方法是nullptr，它會(huì)斷開任何連接到接收對(duì)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(duì)象，方法必須為nullptr。即：

disconnect(發(fā)送對(duì)象，信號(hào)，nullptr，nullptr）

五、使用Qt與第三方信號(hào)和槽函數(shù)

當(dāng)?shù)谌綆?kù)中也有信號(hào)/槽函數(shù)機(jī)制時(shí)，這時(shí)候又需要使用Qt的信號(hào)和槽函數(shù)機(jī)制。對(duì)于這種開發(fā)場(chǎng)景，Qt可以在同一個(gè)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(hào)、槽函數(shù)和emit，因?yàn)檫@些名稱將被第三方庫(kù)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(hào)和槽機(jī)制，需將源文件中所有的Qt moc關(guān)鍵字替換為對(duì)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(hào)和槽函數(shù)機(jī)制。