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級別： 初級
唐新華
(xhsmart@263.net), 軟件工程師
2001 年 6 月 01 日
信號與槽作為QT的核心機制在QT編程中有著廣泛的應用，本文介紹了信號與槽的一些基本概念、元對象工具以及在實際使用過程中應注意的一些問題。
QT是一個跨平臺的C++ GUI應用構架，它提供了豐富的窗口部件集，具有面向對象、易于擴展、真正的組件編程等特點，更為引人注目的是目前Linux上最為流行的KDE桌面環境就是建立在QT庫的基礎之上。QT支持下列平臺：MS/WINDOWS-95、98、NT和2000；UNIX/X11-Linux、Sun Solaris、HP-UX、Digital Unix、IBM AIX、SGI IRIX；EMBEDDED-支持framebuffer的Linux平臺。伴隨著KDE的快速發展和普及，QT很可能成為Linux窗口平臺上進行軟件開發時的GUI首選。
概述
信號和槽機制是QT的核心機制，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，應用于對象之間的通信，它是QT的核心特性，也是QT區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制，它獨立于標準的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。
在我們所熟知的很多GUI工具包中，窗口小部件(widget)都有一個回調函數用于響應它們能觸發的每個動作，這個回調函數通常是一個指向某個函數的指針。但是，在QT中信號和槽取代了這些凌亂的函數指針，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量和任意類型的參數，他們是類型完全安全的，不會像回調函數那樣產生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。當對象改變其狀態時，信號就由該對象發射(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。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制。
你可以將很多信號與單個的槽進行連接，也可以將單個的信號與很多的槽進行連接，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射系統都將立刻發射第二個信號。總之，信號與槽構造了一個強大的部件編程機制。
信號
當某個信號對其客戶或所有者發生的內部狀態發生改變，信號被一個對象發射。只有 定義過這個信號的類及其派生類能夠發射這個信號。當一個信號被發射時，與其相關聯的槽將被立刻執行，就象一個正常的函數調用一樣。信號-槽機制完全獨立于任何GUI事件循環。只有當所有的槽返回以后發射函數（emit）才返回。 如果存在多個槽與某個信號相關聯，那么，當這個信號被發射時，這些槽將會一個接一個地 執行，但是它們執行的順序將會是隨機的、不確定的，我們不能人為地指定哪個先執行、哪 個后執行。
信號的聲明是在頭文件中進行的，QT的signals關鍵字指出進入了信號聲明區，隨后即可 聲明自己的信號。例如，下面定義了三個信號：
signals:
void mySignal();
void mySignal(int x);
void mySignalParam(int x,int y);
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在上面的定義中，signals是QT的關鍵字，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；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，這有點類似于C++中的虛函數。從形式上 講信號的聲明與普通的C++函數是一樣的，但是信號卻沒有函數體定義，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自動產生，它們不應該在.cpp文件中實現。
槽
槽是普通的C++成員函數，可以被正常調用，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關聯。當與其關聯的信號被發射時，這個槽就會被調用。槽可以有參數，但槽的參數不能有缺省值。
既然槽是普通的成員函數，因此與其它的函數一樣，它們也有存取權限。槽的存取權限決定了誰能夠與其相關聯。同普通的C++成員函數一樣，槽函數也分為三種類型，即public slots、private slots和protected slots。
- public slots：在這個區內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，你可以創建彼此互不了解的對象，將它們的信號與槽進行連接以便信息能夠正確的傳遞。
- protected slots：在這個區內聲明的槽意味著當前類及其子類可以將信號與之相連接。這適用于那些槽，它們是類實現的一部分，但是其界面接口卻面向外部。
- private slots：在這個區內聲明的槽意味著只有類自己可以將信號與之相連接。這適用于聯系非常緊密的類。
槽也能夠聲明為虛函數，這也是非常有用的。
槽的聲明也是在頭文件中進行的。例如，下面聲明了三個槽：
public slots:
void mySlot();
void mySlot(int x);
void mySignalParam(int x,int y);
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信號與槽的關聯
通過調用QObject對象的connect函數來將某個對象的信號與另外一個對象的槽函數相關聯，這樣當發射者發射信號時，接收者的槽函數將被調用。該函數的定義如下：
bool QObject::connect ( const QObject * sender, const char * signal,
const QObject * receiver, const char * member ) [static]
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這個函數的作用就是將發射者sender對象中的信號signal與接收者receiver中的member槽函數聯系起來。當指定信號signal時必須使用QT的宏SIGNAL()，當指定槽函數時必須使用宏SLOT()。如果發射者與接收者屬于同一個對象的話，那么在connect調用中接收者參數可以省略。
例如，下面定義了兩個對象：標簽對象label和滾動條對象scroll，并將valueChanged()信號與標簽對象的setNum()相關聯，另外信號還攜帶了一個整形參數，這樣標簽總是顯示滾動條所處位置的值。
QLabel *label = new QLabel;
QScrollBar *scroll = new QScrollBar;
QObject::connect( scroll, SIGNAL(valueChanged(int)),
label, SLOT(setNum(int)) );
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一個信號甚至能夠與另一個信號相關聯，看下面的例子：
class MyWidget : public QWidget
{
public:
MyWidget();
...
signals:
void aSignal();
...
private:
...
QPushButton *aButton;
};
MyWidget::MyWidget()
{
aButton = new QPushButton( this );
connect( aButton, SIGNAL(clicked()), SIGNAL(aSignal()) );
}
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在上面的構造函數中，MyWidget創建了一個私有的按鈕aButton，按鈕的單擊事件產生的信號clicked()與另外一個信號aSignal()進行了關聯。這樣一來，當信號clicked()被發射時，信號aSignal()也接著被發射。當然，你也可以直接將單擊事件與某個私有的槽函數相關聯，然后在槽中發射aSignal()信號，這樣的話似乎有點多余。
當信號與槽沒有必要繼續保持關聯時，我們可以使用disconnect函數來斷開連接。其定義如下：
bool QObject::disconnect ( const QObject * sender, const char * signal,
const Object * receiver, const char * member ) [static]
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這個函數斷開發射者中的信號與接收者中的槽函數之間的關聯。
有三種情況必須使用disconnect()函數：
在disconnect函數中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。但是發射者sender不能為0，其它三個參數的值可以等于0。
元對象工具
元對象編譯器moc（meta object compiler）對C++文件中的類聲明進行分析并產生用于初始化元對象的C++代碼，元對象包含全部信號和槽的名字以及指向這些函數的指針。
moc讀C++源文件，如果發現有Q_OBJECT宏聲明的類，它就會生成另外一個C++源文件，這個新生成的文件中包含有該類的元對象代碼。例如，假設我們有一個頭文件mysignal.h，在這個文件中包含有信號或槽的聲明，那么在編譯之前 moc 工具就會根據該文件自動生成一個名為mysignal.moc.h的C++源文件并將其提交給編譯器；類似地，對應于mysignal.cpp文件moc工具將自動生成一個名為mysignal.moc.cpp文件提交給編譯器。
元對象代碼是signal/slot機制所必須的。用moc產生的C++源文件必須與類實現一起進行編譯和連接，或者用#include語句將其包含到類的源文件中。moc并不擴展#include或者#define宏定義,它只是簡單的跳過所遇到的任何預處理指令。
程序樣例
這里給出了一個簡單的樣例程序，程序中定義了三個信號、三個槽函數，然后將信號與槽進行了關聯，每個槽函數只是簡單的彈出一個對話框窗口。讀者可以用kdevelop生成一個簡單的QT應用程序，然后將下面的代碼添加到相應的程序中去。
信號和槽函數的聲明一般位于頭文件中，同時在類聲明的開始位置必須加上Q_OBJECT語句，這條語句是不可缺少的，它將告訴編譯器在編譯之前必須先應用moc工具進行擴展。關鍵字signals指出隨后開始信號的聲明，這里signals用的是復數形式而非單數，siganls沒有public、private、protected等屬性，這點不同于slots。另外，signals、slots關鍵字是QT自己定義的，不是C++中的關鍵字。
信號的聲明類似于函數的聲明而非變量的聲明，左邊要有類型，右邊要有括號，如果要向槽中傳遞參數的話，在括號中指定每個形式參數的類型，當然，形式參數的個數可以多于一個。
關鍵字slots指出隨后開始槽的聲明，這里slots用的也是復數形式。
槽的聲明與普通函數的聲明一樣，可以攜帶零或多個形式參數。既然信號的聲明類似于普通C++函數的聲明，那么，信號也可采用C++中虛函數的形式進行聲明，即同名但參數不同。例如，第一次定義的void mySignal()沒有帶參數，而第二次定義的卻帶有參數，從這里我們可以看到QT的信號機制是非常靈活的。
信號與槽之間的聯系必須事先用connect函數進行指定。如果要斷開二者之間的聯系，可以使用函數disconnect。
//tsignal.h
...
class TsignalApp:public QMainWindow
{
Q_OBJECT
...
//信號聲明區
signals:
//聲明信號mySignal()
void mySignal();
//聲明信號mySignal(int)
void mySignal(int x);
//聲明信號mySignalParam(int,int)
void mySignalParam(int x,int y);
//槽聲明區
public slots:
//聲明槽函數mySlot()
void mySlot();
//聲明槽函數mySlot(int)
void mySlot(int x);
//聲明槽函數mySignalParam (int，int)
void mySignalParam(int x,int y);
}
...
//tsignal.cpp
...
TsignalApp::TsignalApp()
{
...
//將信號mySignal()與槽mySlot()相關聯
connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot()));
//將信號mySignal(int)與槽mySlot(int)相關聯
connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int)));
//將信號mySignalParam(int,int)與槽mySlotParam(int,int)相關聯
connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int)));
}
// 定義槽函數mySlot()
void TsignalApp::mySlot()
{
QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample without
parameter.");
}
// 定義槽函數mySlot(int)
void TsignalApp::mySlot(int x)
{
QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample with one
parameter.");
}
// 定義槽函數mySlotParam(int,int)
void TsignalApp::mySlotParam(int x,int y)
{
char s[256];
sprintf(s,"x:%d y:%d",x,y);
QMessageBox::about(this,"Tsignal", s);
}
void TsignalApp::slotFileNew()
{
//發射信號mySignal()
emit mySignal();
//發射信號mySignal(int)
emit mySignal(5);
//發射信號mySignalParam(5，100)
emit mySignalParam(5,100);
}
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應注意的問題
信號與槽機制是比較靈活的，但有些局限性我們必須了解，這樣在實際的使用過程中做到有的放矢，避免產生一些錯誤。下面就介紹一下這方面的情況。
1．信號與槽的效率是非常高的，但是同真正的回調函數比較起來，由于增加了靈活性，因此在速度上還是有所損失，當然這種損失相對來說是比較小的，通過在一臺i586-133的機器上測試是10微秒（運行Linux），可見這種機制所提供的簡潔性、靈活性還是值得的。但如果我們要追求高效率的話，比如在實時系統中就要盡可能的少用這種機制。
2．信號與槽機制與普通函數的調用一樣，如果使用不當的話，在程序執行時也有可能產生死循環。因此，在定義槽函數時一定要注意避免間接形成無限循環，即在槽中再次發射所接收到的同樣信號。例如,在前面給出的例子中如果在mySlot()槽函數中加上語句emit mySignal()即可形成死循環。
3．如果一個信號與多個槽相聯系的話，那么，當這個信號被發射時，與之相關的槽被激活的順序將是隨機的。
4. 宏定義不能用在signal和slot的參數中。
既然moc工具不擴展#define，因此，在signals和slots中攜帶參數的宏就不能正確地工作，如果不帶參數是可以的。例如，下面的例子中將帶有參數的宏SIGNEDNESS(a)作為信號的參數是不合語法的：
#ifdef ultrix
#define SIGNEDNESS(a) unsigned a
#else
#define SIGNEDNESS(a) a
#endif
class Whatever : public QObject
{
[...]
signals:
void someSignal( SIGNEDNESS(a) );
[...]
};
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5. 構造函數不能用在signals或者slots聲明區域內。
的確，將一個構造函數放在signals或者slots區內有點不可理解，無論如何，不能將它們放在private slots、protected slots或者public slots區內。下面的用法是不合語法要求的：
class SomeClass : public QObject
{
Q_OBJECT
public slots:
SomeClass( QObject *parent, const char *name )
: QObject( parent, name ) {} // 在槽聲明區內聲明構造函數不合語法
[...]
};
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6. 函數指針不能作為信號或槽的參數。
例如，下面的例子中將void (*applyFunction)(QList*, void*)作為參數是不合語法的：
class someClass : public QObject
{
Q_OBJECT
[...]
public slots:
void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合語法
};
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你可以采用下面的方法繞過這個限制：
typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*);
class someClass : public QObject
{
Q_OBJECT
[...]
public slots:
void apply( ApplyFunctionType, char *);
};
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7.信號與槽不能有缺省參數。
既然signal->slot綁定是發生在運行時刻，那么，從概念上講使用缺省參數是困難的。下面的用法是不合理的：
class SomeClass : public QObject
{
Q_OBJECT
public slots:
void someSlot(int x=100); // 將x的缺省值定義成100，在槽函數聲明中使用是錯誤的
};
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8.信號與槽也不能攜帶模板類參數。
如果將信號、槽聲明為模板類參數的話，即使moc工具不報告錯誤，也不可能得到預期的結果。 例如，下面的例子中當信號發射時，槽函數不會被正確調用：
[...]
public slots:
void MyWidget::setLocation (pair<int,int> location);
[...]
public signals:
void MyObject::moved (pair<int,int> location);
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但是，你可以使用typedef語句來繞過這個限制。如下所示：
typedef pair<int,int> IntPair;
[...]
public slots:
void MyWidget::setLocation (IntPair location);
[...]
public signals:
void MyObject::moved (IntPair location);
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這樣使用的話，你就可以得到正確的結果。
9.嵌套的類不能位于信號或槽區域內，也不能有信號或者槽。
例如，下面的例子中，在class B中聲明槽b()是不合語法的，在信號區內聲明槽b()也是不合語法的。
class A
{
Q_OBJECT
public:
class B
{
public slots: // 在嵌套類中聲明槽不合語法
void b();
[....]
};
signals:
class B
{
// 在信號區內聲明嵌套類不合語法
void b();
[....]
}:
};
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10.友元聲明不能位于信號或者槽聲明區內。
相反，它們應該在普通C++的private、protected或者public區內進行聲明。下面的例子是不合語法規范的：
class someClass : public QObject
{
Q_OBJECT
[...]
signals: //信號定義區
friend class ClassTemplate; // 此處定義不合語法
};
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參考資料
關于作者
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