Qt 开发：深入详解 Qt 的信号与槽机制——彻底搞懂QT信号与槽

一、概念

Qt 的信号与槽（Signals and Slots）机制是一个用于对象间通信的核心特性。这个机制使得对象能以松散耦合的方式进行通信，从而提升了代码的模块化和可维护性。

• 信号（Signal）：对象状态的变化或事件发生时发出的通知。
• 槽（Slot）：信号发出时调用的函数，用于处理信号。
• 连接（Connect）：将信号和槽关联起来，使得信号发出时自动调用对应的槽。

二、原理机制

        信号与槽机制依赖于 Qt 的元对象系统（Meta-Object System），该系统通过 Q_OBJECT 宏和 MOC（Meta-Object Compiler）生成额外的代码来支持信号与槽功能。

三、工作流程

1. 信号声明：在类中使用 signals 关键字声明信号。
2. 槽声明和定义：在类中用 public slots、private slots 声明槽，并实现槽函数。
3. 连接信号和槽：使用 QObject::connect() 函数将信号和槽连接起来。
4. 发射信号：在适当时机调用信号，触发相应的槽函数。

四、实际项目示例

我们将通过一个简单的 Qt 应用程序来演示信号与槽机制。这个程序包含一个按钮和一个标签，当点击按钮时，标签显示的文字会改变。

步骤 1：创建 Qt 项目

1. 打开 Qt Creator，选择 "File" -> "New File or Project"。
2. 选择 "Application" -> "Qt Widgets Application"。
3. 输入项目名称（例如 "SignalSlotExample"）。
4. 选择项目路径并点击 "Next"。
5. 选择适合的平台和 Qt 版本，点击 "Next"。
6. 点击 "Finish" 创建项目。

步骤 2：设计用户界面

1. 在项目树中，打开 mainwindow.ui 文件。
2. 拖动一个 QPushButton 和一个 QLabel 到窗口中。
3. 设置按钮和标签的文本为 "Click Me!" 和 "Hello, Qt!"。

步骤 3：添加按钮功能

1. 使用“转到槽”功能

“转到槽”功能允许你快速为UI控件添加槽函数，并自动生成必要的代码。

步骤

1. 打开 UI 设计器：在项目树中，双击打开 mainwindow.ui 文件。
2. 选择控件：在 UI 设计器中，选择想要添加槽函数的控件，比如 QPushButton。
3. 右键菜单：右键点击选择的控件，并在弹出的右键菜单中选择“转到槽...”（Go to Slot...）。
4. 选择信号：在弹出的对话框中，选择你希望处理的信号，例如 clicked()，然后点击“确定”或“添加”（Add）。

Qt Creator 将自动生成槽函数的声明和实现代码，并将你带到实现代码的位置。

执行上述步骤后，mainwindow.h 文件将自动添加新槽函数的声明，如下：

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();private slots:void on_pushButton_clicked();private:Ui::MainWindow *ui;
};
#endif // MAINWINDOW_H

对应的槽函数实现也会自动添加到 mainwindow.cpp 文件中，修改 mainwindow.cpp

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);
}MainWindow::~MainWindow()
{delete ui;
}void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{// 修改标签的文本ui->label->setText("Button Clicked!");
}

2. 自定义“添加信号”到槽功能

虽然“自定义添加信号”功能没有像“转到槽”那样的快捷选项，但你可以手动添加信号声明，并在代码中进行连接。

手动添加信号

1. 修改 mainwindow.h 文件：在类中添加新的信号声明。

   #ifndef MAINWINDOW_H
   #define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>QT_BEGIN_NAMESPACE
   namespace Ui { class MainWindow; }
   QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
   {Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();signals:void customSignal(); // 新的信号声明private slots:void on_pushButton_clicked();private:Ui::MainWindow *ui;
   };#endif // MAINWINDOW_H
   

2. 发射信号：在 mainwindow.cpp 文件中，发射自定义信号。我们可以在按钮点击槽函数中发射这个信号：

   #include "mainwindow.h"
   #include "ui_mainwindow.h"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
   {ui->setupUi(this);// 连接自定义信号到某个槽connect(this, &MainWindow::customSignal, this, &MainWindow::handleCustomSignal);
   }MainWindow::~MainWindow()
   {delete ui;
   }void MainWindow::on_pushButton_clicked()
   {// 修改标签的文本ui->label->setText("Button Clicked!");// 发射自定义信号emit customSignal();
   }void MainWindow::handleCustomSignal()
   {// 处理自定义信号ui->label->setText("Custom Signal Emitted!");
   }
   

   自定义添加信号到槽关键步骤：

   自定义槽 handleCustomSignal，并在 mainwindow.cpp 中实现：

   1、声明信号：

      在 mainwindow.h 中声明新的信号

   signals:void customSignal(); // 新的信号声明

   2、声明槽：

    在 mainwindow.h 中声明新的槽

   private slots:void on_pushButton_clicked();void handleCustomSignal(); // 新的槽声明
   

   3、处理自定义信号（槽的实现）

   void MainWindow::handleCustomSignal()
   {// 处理自定义信号ui->label->setText("Custom Signal Emitted!");
   }
   

   4、连接自定义信号到指定槽：

   // 连接自定义信号到指定槽connect(this, &MainWindow::customSignal, this, &MainWindow::handleCustomSignal);

   5、发射信号

    // 发射自定义信号emit customSignal();

步骤 4：运行程序

1. 点击 Qt Creator 工具栏上的 "Run" 按钮。
2. 在弹出的窗口中，点击按钮，观察标签的文本变化。

详细解释

• 信号声明：在 Qt 中，信号是通过在类中使用 signals 关键字声明的。在这个例子中，QPushButton 已经有了一个名为 clicked() 的信号。
• 槽声明和定义：槽是一个普通的成员函数，可以在类中用 public slots、private slots 声明。在这个例子中，我们在 MainWindow 类中声明并定义了一个槽 handleButtonClick()。
• 连接信号和槽：使用 QObject::connect() 函数将信号和槽连接起来。参数包括发出信号的对象、信号名称、接收信号的对象和槽名称。
• 发射信号：当按钮被点击时，QPushButton 内部自动发射 clicked() 信号，触发 handleButtonClick() 槽。

五、常见问题和调试

• 未使用 Q_OBJECT 宏：信号与槽机制依赖于 Qt 的元对象系统，必须在类中加入 Q_OBJECT 宏。
• 信号未正确连接：确保 connect() 函数的参数类型匹配。
• 对象未正确管理：确保信号发出者和槽接收者对象的生命周期被正确管理，避免提前销毁。

        通过以上详细步骤和解释，我们实现了一个简单的 Qt 应用程序，并深入理解了信号与槽机制的工作原理和应用方式。希望这能帮助你更好地掌握 Qt 开发。

六、带参数的信号和槽

        上面的实列中信号和槽是没有带参数传递的，那么信号和槽可以带参数传递吗？那是肯定的，在 Qt 的信号与槽机制中，信号和槽可以带参数。这种功能非常强大，可以让你在发射信号时传递数据到槽函数中进行处理。接下来，我们将演示如何为信号和槽添加参数。

修改示例带参数

        假设我们要修改前面的示例，使得自定义信号 customSignal 可以传递一个字符串参数，并在槽函数中处理这个参数。

修改 mainwindow.h

首先，我们需要修改信号和槽的声明，使其带有参数：

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();signals:void customSignal(const QString &message); // 带参数的信号声明private slots:void on_pushButton_clicked();void handleCustomSignal(const QString &message); // 带参数的槽声明private:Ui::MainWindow *ui;
};#endif // MAINWINDOW_H

在这里信号和槽的声明都已经带了参数，如下

signals:void customSignal(const QString &message); // 带参数的信号声明private slots:void handleCustomSignal(const QString &message); // 带参数的槽声明

修改 mainwindow.cpp

接下来，我们需要在合适的位置发射信号，并在槽函数中处理传递的参数。

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);// 连接自定义信号到槽，注意这里的参数类型需要匹配connect(this, &MainWindow::customSignal, this, &MainWindow::handleCustomSignal);
}MainWindow::~MainWindow()
{delete ui;
}void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{// 修改标签的文本ui->label->setText("Button Clicked!");// 发射自定义信号，传递参数emit customSignal("Custom Signal Emitted with Parameter!");
}void MainWindow::handleCustomSignal(const QString &message)
{// 处理自定义信号，接收参数ui->label->setText(message);
}

运行程序

1. 点击 Qt Creator 工具栏上的 "Run" 按钮。
2. 在弹出的窗口中，点击按钮，观察标签的文本变化。

详细解释

• 信号声明：在类中使用 signals 关键字声明带参数的信号。例：void customSignal(const QString &message);
• 槽声明和定义：在类中用 private slots 或 public slots 声明带参数的槽，并实现槽函数。例：void handleCustomSignal(const QString &message);
• 连接信号和槽：使用 QObject::connect() 函数将带参数的信号和槽连接起来。注意信号和槽的参数类型必须匹配。
• 发射信号：在适当时机调用信号，并传递参数。例：emit customSignal("Custom Signal Emitted with Parameter!");
• 处理参数：在槽函数中接收并处理传递的参数。

        通过以上步骤和详细解释，我们实现了一个带参数的信号与槽示例，并深入理解了 Qt 信号与槽机制中带参数的用法。

七、信号（signals）的 访问权限

              上面的例子中，我们看到信号的声明

signals:void customSignal(const QString &message); // 带参数的信号声明

并没有带public、protected 或 private关键字，那么它到底是什么权限呢？下面我们进行讲解。

        在 Qt 中，信号（signals）在类中是默认的 protected 访问权限，而不是 private。这意味着信号通常只能从类内部或其派生类中发射（emit）。然而，在实际使用中，你可以将信号声明为 public、protected 或 private，以控制其访问权限。

默认情况

如果你不显式声明信号的访问权限，信号默认是 protected：

signals:void customSignal(const QString &message); // 带参数的信号，默认是protected

显式声明访问权限

你可以显式地声明信号为 public、protected 或 private：

如 public 信号：

### 示例如果我们希望信号能够从类的外部发射，可以将信号声明为 `public`：#### 修改 `mainwindow.h````cpp
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H#include <QMainWindow>QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = nullptr);~MainWindow();public signals: // 显式声明信号为publicvoid customSignal(const QString &message); // 带参数的信号声明private slots:void on_pushButton_clicked();void handleCustomSignal(const QString &message); // 带参数的槽声明private:Ui::MainWindow *ui;
};#endif // MAINWINDOW_H

修改 mainwindow.cpp

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);// 连接自定义信号到槽，注意这里的参数类型需要匹配connect(this, &MainWindow::customSignal, this, &MainWindow::handleCustomSignal);
}MainWindow::~MainWindow()
{delete ui;
}void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{// 修改标签的文本ui->label->setText("Button Clicked!");// 发射自定义信号，传递参数emit customSignal("Custom Signal Emitted with Parameter!");
}void MainWindow::handleCustomSignal(const QString &message)
{// 处理自定义信号，接收参数ui->label->setText(message);
}

• 关键说明
• 默认情况下，signals 关键字下声明的信号是 protected。
• 你可以根据需要显式地将信号声明为 public、protected 或 private。
• 选择合适的访问权限取决于你希望信号从哪里发射和使用。

八、信号和槽的优点

• 松耦合：信号和槽使对象之间的通信更加松散，无需对象彼此了解。
• 类型安全：编译时检查信号和槽的签名是否匹配，避免了运行时错误。
• 灵活性：可以动态连接和断开信号和槽，支持多种连接模式（例如，一个信号连接多个槽，或多个信号连接一个槽）。

总结

Qt 的信号和槽机制为开发者提供了一种优雅、灵活且类型安全的方式来处理对象间的通信。通过理解和利用这一机制，可以显著提高应用程序的模块化、可维护性和可扩展性。