嵌入式Qt中信號(hào)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(hào)和槽機(jī)制是Qt的核心機(jī)制，要精通Qt編程就必須對(duì)信號(hào)和槽有所了解。信號(hào)和槽是一種高級(jí)接口，應(yīng)用于對(duì)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(hào)和槽是Qt自行定義的一種通信機(jī)制，它獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語言，因此要正確的處理信號(hào)和槽，必須借助一個(gè)稱為moc（Meta Object Compiler）的Qt工具，該工具是一個(gè)C++預(yù)處理程序，它為高層次的事件處理自動(dòng)生成所需要的附加代碼。在Qt中信號(hào)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(jiǎn)潔明了。信號(hào)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(huì)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(hào)和槽。當(dāng)對(duì)象改變其狀態(tài)時(shí)，信號(hào)就由該對(duì)象發(fā)射(emit)出去，這就是對(duì)象所要做的全部事情，它不知道另一端是誰在接收這個(gè)信號(hào)。這就是真正的信息封裝，它確保對(duì)象被當(dāng)作一個(gè)真正的軟件組件來使用。槽用于接收信號(hào)，但它們是普通的對(duì)象成員函數(shù)。一個(gè)槽并不知道是否有任何信號(hào)與自己相連接。而且，對(duì)象并不了解具體的通信機(jī)制。你可以將很多信號(hào)與單個(gè)的槽進(jìn)行連接，也可以將單個(gè)的信號(hào)與很多的槽進(jìn)行連接，甚至于將一個(gè)信號(hào)與另外一個(gè)信號(hào)相連接也是可能的，這時(shí)無論第一個(gè)信號(hào)什么時(shí)候發(fā)射系統(tǒng)都將立刻發(fā)射第二個(gè)信號(hào)，信號(hào)與槽構(gòu)造了一個(gè)強(qiáng)大的部件編程機(jī)制。

1 信號(hào)

當(dāng)某個(gè)信號(hào)對(duì)其客戶或所有者發(fā)生的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變，信號(hào)被一個(gè)對(duì)象發(fā)射。只有定義過這個(gè)信號(hào)的類及其派生類能夠發(fā)射這個(gè)信號(hào)。當(dāng)一個(gè)信號(hào)被發(fā)射時(shí)，與其相關(guān)聯(lián)的槽將被立刻執(zhí)行，就象一個(gè)正常的函數(shù)調(diào)用一樣。信號(hào)-槽機(jī)制完全獨(dú)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(gè)槽與某個(gè)信號(hào)相關(guān)聯(lián)，那么，當(dāng)這個(gè)信號(hào)被發(fā)射時(shí)，這些槽將會(huì)一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行，但是它們執(zhí)行的順序?qū)?huì)是隨機(jī)的、不確定的，我們不能人為地指定哪個(gè)先執(zhí)行、哪個(gè)后執(zhí)行。信號(hào)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(hào)聲明區(qū)，隨后即可聲明自己的信號(hào)。例如，下面定義了3個(gè)信號(hào)：

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(hào)mySignal，這個(gè)信號(hào)沒有攜帶參數(shù)；接下來的一行void mySignal(int x)定義了重名信號(hào)mySignal，但是它攜帶一個(gè)整形參數(shù)，這有點(diǎn)類似于C++中的虛函數(shù)。從形式上講信號(hào)的聲明與普通的C++函數(shù)是一樣的，但是信號(hào)卻沒有函數(shù)體定義，另外，信號(hào)的返回類型都是void，不要指望能從信號(hào)返回什么有用信息。信號(hào)由moc自動(dòng)產(chǎn)生，它們不應(yīng)該在.cpp文件中實(shí)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(hào)可以與其相關(guān)聯(lián)。當(dāng)與其關(guān)聯(lián)的信號(hào)被發(fā)射時(shí)，這個(gè)槽就會(huì)被調(diào)用。槽可以有參數(shù)，但槽的參數(shù)不能有缺省值。因?yàn)椴凼瞧胀ǖ某蓡T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(gè)區(qū)內(nèi)聲明的槽意味著任何對(duì)象都可將信號(hào)與之相連接。這對(duì)于組件編程非常有用，你可以創(chuàng)建彼此互不了解的對(duì)象，將它們的信號(hào)與槽進(jìn)行連接以便信息能夠正確的傳遞。

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

private slots：在這個(gè)區(qū)內(nèi)聲明的槽意味著只有類自己可以將信號(hào)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(gè)槽：

public slots:void mySlot();

void mySlot(int x);

void mySignalParam(int x,int y);

3 信號(hào)與槽的關(guān)聯(lián)

信號(hào)與槽連接的簡(jiǎn)單模型如下圖。

圖1 信號(hào)與槽連接的簡(jiǎn)單模型Fig.1 A simple model of the signal and slot connections

通過調(diào)用QObject對(duì)象的connect函數(shù)來將某個(gè)對(duì)象的信號(hào)與另外一個(gè)對(duì)象的槽函數(shù)相關(guān)聯(lián)，這樣當(dāng)發(fā)射者發(fā)射信號(hào)時(shí)，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(gè)函數(shù)的作用就是將發(fā)射者sender對(duì)象中的信號(hào)signal與接收者receiver中的member槽函數(shù)聯(lián)系起來。當(dāng)指定信號(hào)signal時(shí)必須使用Qt的宏SIGNAL()，當(dāng)指定槽函數(shù)時(shí)必須使用宏SLOT()。如果發(fā)射者與接收者屬于同一個(gè)對(duì)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(gè)對(duì)象：標(biāo)簽對(duì)象label和滾動(dòng)條對(duì)象scroll，并將valueChanged()信號(hào)與標(biāo)簽對(duì)象的setNum()相關(guān)聯(lián)，另外信號(hào)還攜帶了一個(gè)整形參數(shù)，這樣標(biāo)簽總是顯示滾動(dòng)條所處位置的值。

一個(gè)信號(hào)可以和多個(gè)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(huì)一個(gè)接一個(gè)的被調(diào)用，但是它們的調(diào)用順序是不確定的。

多個(gè)信號(hào)可以連接到一個(gè)槽：

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

只要任意一個(gè)信號(hào)發(fā)出，這個(gè)槽就會(huì)被調(diào)用。

一個(gè)信號(hào)可以連接到另外的一個(gè)信號(hào)：

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

這是說，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)信號(hào)發(fā)出時(shí)，第二個(gè)信號(hào)被發(fā)出。除此之外，這種信號(hào)-信號(hào)的形式和信號(hào)-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?yàn)楫?dāng)一個(gè)對(duì)象delete之后，Qt自動(dòng)取消所有連接到這個(gè)對(duì)象上面的槽。為了正確的連接信號(hào)槽，信號(hào)和槽的參數(shù)個(gè)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(hào)的參數(shù)多于槽的參數(shù)，那么這個(gè)參數(shù)之后的那些參數(shù)都會(huì)被忽略掉，例如：

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

這里，const QString&這個(gè)參數(shù)就會(huì)被槽忽略掉。

如果信號(hào)槽的參數(shù)不相容，或者是信號(hào)或槽有一個(gè)不存在，或者在信號(hào)槽的連接中出現(xiàn)了參數(shù)名字，在Debug模式下編譯的時(shí)候，Qt都會(huì)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(hào)槽，但是，注意到connect()函數(shù)其實(shí)是在QObject中實(shí)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(hào)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(shí)，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(gè)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的任何對(duì)象。這似乎有點(diǎn)不可理解，事實(shí)上，當(dāng)我們?cè)谀硞€(gè)對(duì)象中定義了一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)，這些信號(hào)與另外若干個(gè)對(duì)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(gè)方法，非常之簡(jiǎn)潔。disconnect(myObject,0,0,0)或者myObject－＞disconnect()斷開與某個(gè)特定信號(hào)的任何關(guān)聯(lián)。disconnect(myObject,SIGNAL(mySignal()),0,0)，斷開兩個(gè)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)。在disconnect函數(shù)中0可以用作一個(gè)通配符，分別表示任何信號(hào)、任何接收對(duì)象、接收對(duì)象中的任何槽函數(shù)。但是發(fā)射者sender不能為0，其他3個(gè)參數(shù)的值可以等于0。

4 結(jié)論

通過對(duì)Qt中信號(hào)與槽機(jī)制的研究，可以總結(jié)出幾點(diǎn)結(jié)論：信號(hào)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(hào)和槽區(qū)域內(nèi)，也不能有信號(hào)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(hào)或槽的參數(shù)；友元聲明不能位于信號(hào)和槽的聲明區(qū)域內(nèi)；如果一個(gè)信號(hào)與多個(gè)槽相聯(lián)系的話，那么當(dāng)這個(gè)信號(hào)被發(fā)射時(shí)，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(hào)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?，在程序?zhí)行時(shí)也有可能產(chǎn)生死循環(huán)。因此，在定義槽函數(shù)時(shí)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(hào)；信號(hào)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(duì)來說是比較小的。但如果要追求高效率的話，比如在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中就要避免采用信號(hào)與槽的機(jī)制。

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