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級(jí)別： 初級(jí)
唐新華
(xhsmart@263.net), 軟件工程師
2001 年 6 月 01 日
信號(hào)與槽作為QT的核心機(jī)制在QT編程中有著廣泛的應(yīng)用，本文介紹了信號(hào)與槽的一些基本概念、元對(duì)象工具以及在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。
QT是一個(gè)跨平臺(tái)的C++ GUI應(yīng)用構(gòu)架，它提供了豐富的窗口部件集，具有面向?qū)ο蟆⒁子跀U(kuò)展、真正的組件編程等特點(diǎn)，更為引人注目的是目前Linux上最為流行的KDE桌面環(huán)境就是建立在QT庫(kù)的基礎(chǔ)之上。QT支持下列平臺(tái)：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(tái)。伴隨著KDE的快速發(fā)展和普及，QT很可能成為L(zhǎng)inux窗口平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)的GUI首選。
概述
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(yǔ)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。
在我們所熟知的很多GUI工具包中，窗口小部件(widget)都有一個(gè)回調(diào)函數(shù)用于響應(yīng)它們能觸發(fā)的每個(gè)動(dòng)作，這個(gè)回調(diào)函數(shù)通常是一個(gè)指向某個(gè)函數(shù)的指針。但是，在QT中信號(hào)和槽取代了這些凌亂的函數(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(shuí)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(lái)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(wú)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)。總之，信號(hào)與槽構(gòu)造了一個(gè)強(qiáng)大的部件編程機(jī)制。
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(guò)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，下面定義了三個(gè)信號(hào)：
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(guān)鍵字，而非C/C++的。接下來(lái)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(lái)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)。
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。
既然槽是普通的成員函數(shù)，因此與其它的函數(shù)一樣，它們也有存取權(quán)限。槽的存取權(quán)限決定了誰(shuí)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)也分為三種類型，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，下面聲明了三個(gè)槽：
public slots:
void mySlot();
void mySlot(int x);
void mySignalParam(int x,int y);
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信號(hào)與槽的關(guān)聯(lián)
通過(guò)調(diào)用QObject對(duì)象的connect函數(shù)來(lái)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]
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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(lái)。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。
QLabel *label = new QLabel;
QScrollBar *scroll = new QScrollBar;
QObject::connect( scroll, SIGNAL(valueChanged(int)),
label, SLOT(setNum(int)) );
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一個(gè)信號(hào)甚至能夠與另一個(gè)信號(hào)相關(guān)聯(lián)，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(gòu)造函數(shù)中，MyWidget創(chuàng)建了一個(gè)私有的按鈕aButton，按鈕的單擊事件產(chǎn)生的信號(hào)clicked()與另外一個(gè)信號(hào)aSignal()進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。這樣一來(lái)，當(dāng)信號(hào)clicked()被發(fā)射時(shí)，信號(hào)aSignal()也接著被發(fā)射。當(dāng)然，你也可以直接將單擊事件與某個(gè)私有的槽函數(shù)相關(guān)聯(lián)，然后在槽中發(fā)射aSignal()信號(hào)，這樣的話似乎有點(diǎn)多余。
當(dāng)信號(hào)與槽沒有必要繼續(xù)保持關(guān)聯(lián)時(shí)，我們可以使用disconnect函數(shù)來(lái)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(gè)函數(shù)斷開發(fā)射者中的信號(hào)與接收者中的槽函數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。
有三種情況必須使用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()
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-
斷開與某個(gè)特定信號(hào)的任何關(guān)聯(lián)。
disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 )
或者
myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) )
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-
斷開兩個(gè)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)。
disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 )
或者
myObject->disconnect( myReceiver )
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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，其它三個(gè)參數(shù)的值可以等于0。
元對(duì)象工具
元對(duì)象編譯器moc（meta object compiler）對(duì)C++文件中的類聲明進(jìn)行分析并產(chǎn)生用于初始化元對(duì)象的C++代碼，元對(duì)象包含全部信號(hào)和槽的名字以及指向這些函數(shù)的指針。
moc讀C++源文件，如果發(fā)現(xiàn)有Q_OBJECT宏聲明的類，它就會(huì)生成另外一個(gè)C++源文件，這個(gè)新生成的文件中包含有該類的元對(duì)象代碼。例如，假設(shè)我們有一個(gè)頭文件mysignal.h，在這個(gè)文件中包含有信號(hào)或槽的聲明，那么在編譯之前 moc 工具就會(huì)根據(jù)該文件自動(dòng)生成一個(gè)名為mysignal.moc.h的C++源文件并將其提交給編譯器；類似地，對(duì)應(yīng)于mysignal.cpp文件moc工具將自動(dòng)生成一個(gè)名為mysignal.moc.cpp文件提交給編譯器。
元對(duì)象代碼是signal/slot機(jī)制所必須的。用moc產(chǎn)生的C++源文件必須與類實(shí)現(xiàn)一起進(jìn)行編譯和連接，或者用#include語(yǔ)句將其包含到類的源文件中。moc并不擴(kuò)展#include或者#define宏定義,它只是簡(jiǎn)單的跳過(guò)所遇到的任何預(yù)處理指令。
程序樣例
這里給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的樣例程序，程序中定義了三個(gè)信號(hào)、三個(gè)槽函數(shù)，然后將信號(hào)與槽進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，每個(gè)槽函數(shù)只是簡(jiǎn)單的彈出一個(gè)對(duì)話框窗口。讀者可以用kdevelop生成一個(gè)簡(jiǎn)單的QT應(yīng)用程序，然后將下面的代碼添加到相應(yīng)的程序中去。
信號(hào)和槽函數(shù)的聲明一般位于頭文件中，同時(shí)在類聲明的開始位置必須加上Q_OBJECT語(yǔ)句，這條語(yǔ)句是不可缺少的，它將告訴編譯器在編譯之前必須先應(yīng)用moc工具進(jìn)行擴(kuò)展。關(guān)鍵字signals指出隨后開始信號(hào)的聲明，這里signals用的是復(fù)數(shù)形式而非單數(shù)，siganls沒有public、private、protected等屬性，這點(diǎn)不同于slots。另外，signals、slots關(guān)鍵字是QT自己定義的，不是C++中的關(guān)鍵字。
信號(hào)的聲明類似于函數(shù)的聲明而非變量的聲明，左邊要有類型，右邊要有括號(hào)，如果要向槽中傳遞參數(shù)的話，在括號(hào)中指定每個(gè)形式參數(shù)的類型，當(dāng)然，形式參數(shù)的個(gè)數(shù)可以多于一個(gè)。
關(guān)鍵字slots指出隨后開始槽的聲明，這里slots用的也是復(fù)數(shù)形式。
槽的聲明與普通函數(shù)的聲明一樣，可以攜帶零或多個(gè)形式參數(shù)。既然信號(hào)的聲明類似于普通C++函數(shù)的聲明，那么，信號(hào)也可采用C++中虛函數(shù)的形式進(jìn)行聲明，即同名但參數(shù)不同。例如，第一次定義的void mySignal()沒有帶參數(shù)，而第二次定義的卻帶有參數(shù)，從這里我們可以看到QT的信號(hào)機(jī)制是非常靈活的。
信號(hào)與槽之間的聯(lián)系必須事先用connect函數(shù)進(jìn)行指定。如果要斷開二者之間的聯(lián)系，可以使用函數(shù)disconnect。
//tsignal.h
...
class TsignalApp:public QMainWindow
{
Q_OBJECT
...
//信號(hào)聲明區(qū)
signals:
//聲明信號(hào)mySignal()
void mySignal();
//聲明信號(hào)mySignal(int)
void mySignal(int x);
//聲明信號(hào)mySignalParam(int,int)
void mySignalParam(int x,int y);
//槽聲明區(qū)
public slots:
//聲明槽函數(shù)mySlot()
void mySlot();
//聲明槽函數(shù)mySlot(int)
void mySlot(int x);
//聲明槽函數(shù)mySignalParam (int，int)
void mySignalParam(int x,int y);
}
...
//tsignal.cpp
...
TsignalApp::TsignalApp()
{
...
//將信號(hào)mySignal()與槽mySlot()相關(guān)聯(lián)
connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot()));
//將信號(hào)mySignal(int)與槽mySlot(int)相關(guān)聯(lián)
connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int)));
//將信號(hào)mySignalParam(int,int)與槽mySlotParam(int,int)相關(guān)聯(lián)
connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int)));
}
// 定義槽函數(shù)mySlot()
void TsignalApp::mySlot()
{
QMessageBox::about(this,"Tsignal", "This is a signal/slot sample without
parameter.");
}
// 定義槽函數(shù)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(shù)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(fā)射信號(hào)mySignal()
emit mySignal();
//發(fā)射信號(hào)mySignal(int)
emit mySignal(5);
//發(fā)射信號(hào)mySignalParam(5，100)
emit mySignalParam(5,100);
}
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應(yīng)注意的問(wèn)題
信號(hào)與槽機(jī)制是比較靈活的，但有些局限性我們必須了解，這樣在實(shí)際的使用過(guò)程中做到有的放矢，避免產(chǎn)生一些錯(cuò)誤。下面就介紹一下這方面的情況。
1．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(lái)，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(lái)說(shuō)是比較小的，通過(guò)在一臺(tái)i586-133的機(jī)器上測(cè)試是10微秒（運(yùn)行Linux），可見這種機(jī)制所提供的簡(jiǎn)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(shí)時(shí)系統(tǒng)中就要盡可能的少用這種機(jī)制。
2．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)脑挘诔绦驁?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(wú)限循環(huán)，即在槽中再次發(fā)射所接收到的同樣信號(hào)。例如,在前面給出的例子中如果在mySlot()槽函數(shù)中加上語(yǔ)句emit mySignal()即可形成死循環(huán)。
3．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。
4. 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。例如，下面的例子中將帶有參數(shù)的宏SIGNEDNESS(a)作為信號(hào)的參數(shù)是不合語(yǔ)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(gòu)造函數(shù)不能用在signals或者slots聲明區(qū)域內(nèi)。
的確，將一個(gè)構(gòu)造函數(shù)放在signals或者slots區(qū)內(nèi)有點(diǎn)不可理解，無(wú)論如何，不能將它們放在private slots、protected slots或者public slots區(qū)內(nèi)。下面的用法是不合語(yǔ)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(qū)內(nèi)聲明構(gòu)造函數(shù)不合語(yǔ)法
[...]
};
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6. 函數(shù)指針不能作為信號(hào)或槽的參數(shù)。
例如，下面的例子中將void (*applyFunction)(QList*, void*)作為參數(shù)是不合語(yǔ)法的：
class someClass : public QObject
{
Q_OBJECT
[...]
public slots:
void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合語(yǔ)法
};
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你可以采用下面的方法繞過(guò)這個(gè)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(hào)與槽不能有缺省參數(shù)。
既然signal->slot綁定是發(fā)生在運(yùn)行時(shí)刻，那么，從概念上講使用缺省參數(shù)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(shù)聲明中使用是錯(cuò)誤的
};
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8.信號(hào)與槽也不能攜帶模板類參數(shù)。
如果將信號(hào)、槽聲明為模板類參數(shù)的話，即使moc工具不報(bào)告錯(cuò)誤，也不可能得到預(yù)期的結(jié)果。 例如，下面的例子中當(dāng)信號(hào)發(fā)射時(shí)，槽函數(shù)不會(huì)被正確調(diào)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(yǔ)句來(lái)繞過(guò)這個(gè)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(jié)果。
9.嵌套的類不能位于信號(hào)或槽區(qū)域內(nèi)，也不能有信號(hào)或者槽。
例如，下面的例子中，在class B中聲明槽b()是不合語(yǔ)法的，在信號(hào)區(qū)內(nèi)聲明槽b()也是不合語(yǔ)法的。
class A
{
Q_OBJECT
public:
class B
{
public slots: // 在嵌套類中聲明槽不合語(yǔ)法
void b();
[....]
};
signals:
class B
{
// 在信號(hào)區(qū)內(nèi)聲明嵌套類不合語(yǔ)法
void b();
[....]
}:
};
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10.友元聲明不能位于信號(hào)或者槽聲明區(qū)內(nèi)。
相反，它們應(yīng)該在普通C++的private、protected或者public區(qū)內(nèi)進(jìn)行聲明。下面的例子是不合語(yǔ)法規(guī)范的：
class someClass : public QObject
{
Q_OBJECT
[...]
signals: //信號(hào)定義區(qū)
friend class ClassTemplate; // 此處定義不合語(yǔ)法
};
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參考資料
關(guān)于作者
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