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作者簡介
作者:唐新華 (xhsmart@263.net)
軟件工程師

?? 信號和槽作為QT的核心機制在QT編程中有著廣泛的應用，本文介紹了信號和槽的一些基本概念、元對象工具及在實際使用過程中應注意的一些問題。
?? QT 是個跨平臺的C++ GUI應用構架，他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非常可能成為Linux窗口平臺上進行軟件研發時的GUI最佳選擇。

一、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，他是QT的核心特性，也是QT差別于其他工具包的重要地方。信號和槽是QT自行定義的一種通信機制，他獨立于標準的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，該工具是個C++預處理程式，他為高層次的事件處理自動生成所需要的附加代碼。
?? 在我們所熟知的非常多GUI工具包中，窗口小部件(widget)都有一個回調函數用于響應他們能觸發的每個動作，這個回調函數通常是個指向某個函數的指針。不過，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式更為簡潔明了。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。當對象改動其狀態時，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，他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，他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，但他們是普通的對象成員函數。一個槽并不知道是否有所有信號和自己相連接。而且，對象并不了解具體的通信機制。
?? 你能將非常多信號和單個的槽進行連接，也能將單個的信號和非常多的槽進行連接，甚至于將一個信號和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即時發射第二個信號。總之，信號和槽構造了一個強大的部件編程機制。

二、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動，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，和其相關聯的槽將被即時執行，就象一個正常的函數調用相同。信號-槽機制完全獨立于所有GUI事件循環。只有當所有的槽返回以后發射函數（emit）才返回。如果存在多個槽和某個信號相關聯，那么，當這個信號被發射時，這些槽將會一個接一個地執行，不過他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); 

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，不過他攜帶一個整形參數，這有點類似于C++中的虛函數。
從形式上講信號的聲明和普通的C++函數是相同的，不過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，他們不應該在.cpp文件中實現。

三、槽

?? 槽是普通的C++成員函數，能被正常調用，他們唯一的特別性就是非常多信號能和其相關聯。當和其關聯的信號被發射時，這個槽就會被調用。槽能有參數，但槽的參數不能有缺省值。
?? 既然槽是普通的成員函數，因此和其他的函數相同，他們也有存取權限。槽的存取權限決定了誰能夠和其相關聯。同普通的C++成員函數相同，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所有對象都可將信號和之相連接。這對于組件編程非常有用，你能創建彼此互不了解的對象，將他們的信號和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能將信號和之相連接。這適用于那些槽，他們是類實現的一部分，不過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能將信號和之相連接。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);

四、信號和槽的關聯

?? 通過調用QObject對象的connect函數來將某個對象的信號和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]

?? 這個函數的作用就是將發射者sender對象中的信號signal和接收者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()。如果發射者和接收者屬于同一個對象的話，那么在connect調用中接收者參數能省略。
?? 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()信號和標簽對象的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)) ); 

一個信號甚至能夠和另一個信號相關聯，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()) ); 
} 

?? 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()和另外一個信號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，你也能直接將單擊事件和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。
?? 當信號和槽沒有必要繼續保持關聯時，我們能使用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] 

?? 這個函數斷開發射者中的信號和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：

• 斷開和某個對象相關聯的所有對象。這似乎有點不可理解，事實上，當我們在某個對象中定義了一個或多個信號，這些信號和另外若干個對象中的槽相關聯，如果我們要切斷這些關聯的話，就能利用這個方法，非常之簡潔。
  disconnect( myObject, 0, 0, 0 )或myObject->disconnect()
• 斷開和某個特定信號的所有關聯。
  disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 )或myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) )
• 斷開兩個對象之間的關聯。
  disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 )或myObject->disconnect( myReceiver )

?? 在disconnect函數中0能用作一個通配符，分別表示所有信號、所有接收對象、接收對象中的所有槽函數。不過發射者sender不能為0，其他三個參數的值能等于0。

五、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，他就會生成另外一個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++源文件必須和類實現一起進行編譯和連接，或用#include語句將其包含到類的源文件中。moc并不擴展#include或#define宏定義,他只是簡單的跳過所遇見的所有預處理指令。

六、程式樣例

?? 這里給出了一個簡單的樣例程式，程式中定義了三個信號、三個槽函數，然后將信號和槽進行了關聯，每個槽函數只是簡單的彈出一個對話框窗口。讀者能用kdevelop生成一個簡單的QT應用程式，然后將下面的代碼添加到相應的程式中去。
?? 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，他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，形式參數的個數能多于一個。
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。
?? 槽的聲明和普通函數的聲明相同，能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，從這里我們能看到QT的信號機制是非常靈活的。
?? 信號和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，能使用函數disconnect。
頭文件源碼：

//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); 
} 
…

源文件源碼：

 //tsignal.cpp 
… 
TsignalApp::TsignalApp() 
{ 
… 
    //將信號mySignal()和槽mySlot()相關聯 
    connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot())); 
    //將信號mySignal(int)和槽mySlot(int)相關聯 
    connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int))); 
    //將信號mySignalParam(int,int)和槽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); 
} 

七、應注意的問題

?? 信號和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. 信號和槽的效率是非常高的，不過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. 信號和槽機制和普通函數的調用相同，如果使用不當的話，在程式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. 如果一個信號和多個槽相聯系的話，那么，當這個信號被發射時，和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，如果不帶參數是能的。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) ); 
    […] 
}; 

5. 構造函數不能用在signals或slots聲明區域內。
   ?? 的確，將一個構造函數放在signals或slots區內有點不可理解，無論怎么，不能將他們放在private slots、protected slots或public slots區內。下面的用法是不合語法需求的：

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 
    […] 
}; 

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*); // 以函數指針為參數不合語法 
}; 

你能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 *); 
};

7.信號和槽不能有缺省參數。
?? 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 
}; 

8.信號和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 location); 
    […] 
public signals: 
    void MyObject::moved (pair location); 
不過，你能使用typedef語句來繞過這個限制。如下所示： 
typedef pair IntPair; 
[…] 
public slots: 
void MyWidget::setLocation (IntPair location); 
[…] 
public signals: 
void MyObject::moved (IntPair location); 

這樣使用的話，你就能得到正確的結果。

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(); 
        [….] 
    }: 
}; 

10. 友元聲明不能位于信號或槽聲明區內。相反，他們應該在普通C++的private、protected或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 
};