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Signals 和 Slot 的区别

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原文链接：http://blog.csdn.net/dove1980/article/details/36175167

作者简介
作者:唐新华 (xhsmart@263.net)
软件工程师

信号和槽作为QT的核心机制在QT编程中有着广泛的应用，本文介绍了信号和槽的一些基本概念、元对象工具及在实际使用过程中应注意的一些问题。

QT 是个跨平台的C++ GUI应用构架，他提供了丰富的窗口部件集，具有面向对象、易于扩展、真正的组件编程等特点，更为引人注目的是目前Linux上最为流行的KDE桌面环境就是建立在QT库的基础之上。QT支持下列平台：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平台。伴随着KDE的快速发展和普及，QT非常可能成为Linux窗口平台上进行软件研发时的GUI最佳选择。

一、概述

信号和槽机制是QT的核心机制，要精通QT编程就必须对信号和槽有所了解。信号和槽是一种高级接口，应用于对象之间的通信，他是QT的核心特性，也是QT差别于其他工具包的重要地方。信号和槽是QT自行定义的一种通信机制，他独立于标准的C/C++语言，因此要正确的处理信号和槽，必须借助一个称为moc（Meta Object Compiler）的QT工具，该工具是个C++预处理程式，他为高层次的事件处理自动生成所需要的附加代码。

在我们所熟知的非常多GUI工具包中，窗口小部件(widget)都有一个回调函数用于响应他们能触发的每个动作，这个回调函数通常是个指向某个函数的指针。不过，在QT中信号和槽取代了这些凌乱的函数指针，使得我们编写这些通信程式更为简洁明了。信号和槽能携带任意数量和任意类型的参数，他们是类型完全安全的，不会像回调函数那样产生core dumps。

所有从QObject或其子类(例如Qwidget)派生的类都能够包含信号和槽。当对象改动其状态时，信号就由该对象发射(emit)出去，这就是对象所要做的全部事情，他不知道另一端是谁在接收这个信号。这就是真正的信息封装，他确保对象被当作一个真正的软件组件来使用。槽用于接收信号，但他们是普通的对象成员函数。一个槽并不知道是否有所有信号和自己相连接。而且，对象并不了解具体的通信机制。

你能将非常多信号和单个的槽进行连接，也能将单个的信号和非常多的槽进行连接，甚至于将一个信号和另外一个信号相连接也是可能的，这时无论第一个信号什么时候发射系统都将即时发射第二个信号。总之，信号和槽构造了一个强大的部件编程机制。

二、信号

当某个信号对其客户或所有者发生的内部状态发生改动，信号被一个对象发射。只有定义过这个信号的类及其派生类能够发射这个信号。当一个信号被发射时，和其相关联的槽将被即时执行，就象一个正常的函数调用相同。信号-槽机制完全独立于所有GUI事件循环。只有当所有的槽返回以后发射函数（emit）才返回。如果存在多个槽和某个信号相关联，那么，当这个信号被发射时，这些槽将会一个接一个地执行，不过他们执行的顺序将会是随机的、不确定的，我们不能人为地指定哪个先执行、哪个后执行。

信号的声明是在头文件中进行的，QT的signals关键字指出进入了信号声明区，随后即可声明自己的信号。例如，下面定义了三个信号： 

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signals: 
    void mySignal(); 
    void mySignal(int x); 
    void mySignalParam(int x, int y);

在上面的定义中，signals是QT的关键字，而非C/C++的。接下来的一行void mySignal()定义了信号mySignal，这个信号没有携带参数；接下来的一行void mySignal(int x)定义了重名信号mySignal，不过他携带一个整形参数，这有点类似于C++中的虚函数。从形式上讲信号的声明和普通的C++函数是相同的，不过信号却没有函数体定义，另外，信号的返回类型都是void，不要指望能从信号返回什么有用信息。
信号由moc自动产生，他们不应该在.cpp文件中实现。

三、槽

槽是普通的C++成员函数，能被正常调用，他们唯一的特别性就是非常多信号能和其相关联。当和其关联的信号被发射时，这个槽就会被调用。槽能有参数，但槽的参数不能有缺省值。

既然槽是普通的成员函数，因此和其他的函数相同，他们也有存取权限。槽的存取权限决定了谁能够和其相关联。同普通的C++成员函数相同，槽函数也分为三种类型，即public slots、private slots和protected slots。

  • public slots：在这个区内声明的槽意味着所有对象都可将信号和之相连接。这对于组件编程非常有用，你能创建彼此互不了解的对象，将他们的信号和槽进行连接以便信息能够正确的传递。
  • protected slots：在这个区内声明的槽意味着当前类及其子类能将信号和之相连接。这适用于那些槽，他们是类实现的一部分，不过其界面接口却面向外部。
  • private slots：在这个区内声明的槽意味着只有类自己能将信号和之相连接。这适用于联系非常紧密的类。

槽也能够声明为虚函数，这也是非常有用的。
槽的声明也是在头文件中进行的。例如，下面声明了三个槽：

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public slots: 
    void mySlot(); 
    void mySlot(int x); 
    void mySignalParam(int x,int y);

四、信号和槽的关联

通过调用QObject对象的connect函数来将某个对象的信号和另外一个对象的槽函数相关联，这样当发射者发射信号时，接收者的槽函数将被调用。该函数的定义如下： 

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bool QObject::connect ( 
    const QObject * sender, 
    const char * signal, 
    const QObject * receiver, 
    const char * member 
) [static]

这个函数的作用就是将发射者sender对象中的信号signal和接收者receiver中的member槽函数联系起来。当指定信号signal时必须使用QT的宏SIGNAL()，当指定槽函数时必须使用宏SLOT()。如果发射者和接收者属于同一个对象的话，那么在connect调用中接收者参数能省略。

例如，下面定义了两个对象：标签对象label和滚动条对象scroll，并将valueChanged()信号和标签对象的setNum()相关联，另外信号还携带了一个整形参数，这样标签总是显示滚动条所处位置的值。 

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QLabel *label = new QLabel; 
QScrollBar *scroll = new QScrollBar; 
QObject::connect( 
    scroll, 
    SIGNAL(valueChanged(int)), 
    label, 
    SLOT(setNum(int)) 
);

一个信号甚至能够和另一个信号相关联，看下面的例子： 

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class MyWidget : public QWidget 
{ 
    public: 
        MyWidget(); 
        … 
    signals: 
        void aSignal(); 
        … 
    private: 
        … 
        QPushButton *aButton; 
}; 
MyWidget::MyWidget() 
{ 
    aButton = new QPushButton( this ); 
    connect( aButton, SIGNAL(clicked()), SIGNAL(aSignal()) ); 
}

在上面的构造函数中，MyWidget创建了一个私有的按钮aButton，按钮的单击事件产生的信号clicked()和另外一个信号aSignal() 进行了关联。这样一来，当信号clicked()被发射时，信号aSignal()也接着被发射。当然，你也能直接将单击事件和某个私有的槽函数相关联，然后在槽中发射aSignal()信号，这样的话似乎有点多余。
当信号和槽没有必要继续保持关联时，我们能使用disconnect函数来断开连接。其定义如下： 

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bool QObject::disconnect ( 
    const QObject * sender, 
    const char * signal, 
    const Object * receiver, 
    const char * member 
) [static]

这个函数断研发射者中的信号和接收者中的槽函数之间的关联。

有三种情况必须使用disconnect()函数：
1、断开和某个对象相关联的所有对象。这似乎有点不可理解，事实上，当我们在某个对象中定义了一个或多个信号，这些信号和另外若干个对象中的槽相关联，如果我们要切断这些关联的话，就能利用这个方法，非常之简洁。
disconnect( myObject, 0, 0, 0 ) 或 myObject->disconnect()

2、断开和某个特定信号的所有关联。
disconnect( myObject, SIGNAL(mySignal()), 0, 0 ) 或 myObject->disconnect( SIGNAL(mySignal()) )

3、断开两个对象之间的关联。
disconnect( myObject, 0, myReceiver, 0 ) 或 myObject->disconnect( myReceiver )
在disconnect函数中0能用作一个通配符，分别表示所有信号、所有接收对象、接收对象中的所有槽函数。不过发射者sender不能为0，其他三个参数的值能等于0。

五、元对象工具

元对象编译器moc（meta object compiler）对C++文件中的类声明进行分析并产生用于初始化元对象的C++代码，元对象包含全部信号和槽的名字及指向这些函数的指针。

moc 读C++源文件，如果发现有Q_OBJECT宏声明的类，他就会生成另外一个C++源文件，这个新生成的文件中包含有该类的元对象代码。例如，假设我们有一个头文件mysignal.h，在这个文件中包含有信号或槽的声明，那么在编译之前 moc 工具就会根据该文件自动生成一个名为mysignal.moc.h的C++源文件并将其提交给编译器；类似地，对应于mysignal.cpp文件moc 工具将自动生成一个名为mysignal.moc.cpp文件提交给编译器。

元对象代码是signal/slot机制所必须的。用moc产生的C++源文件必须和类实现一起进行编译和连接，或用#include语句将其包含到类的源文件中。moc并不扩展#include或#define宏定义,他只是简单的跳过所遇见的所有预处理指令。

六、程式样例

这里给出了一个简单的样例程式，程式中定义了三个信号、三个槽函数，然后将信号和槽进行了关联，每个槽函数只是简单的弹出一个对话框窗口。读者能用kdevelop生成一个简单的QT应用程式，然后将下面的代码添加到相应的程式中去。

信号和槽函数的声明一般位于头文件中，同时在类声明的开始位置必须加上Q_OBJECT语句，这条语句是不可缺少的，他将告诉编译器在编译之前必须先应用 moc工具进行扩展。关键字signals指出随后开始信号的声明，这里signals用的是复数形式而非单数，siganls没有public、 private、protected等属性，这点不同于slots。另外，signals、slots关键字是QT自己定义的，不是C++中的关键字。

信号的声明类似于函数的声明而非变量的声明，左边要有类型，右边要有括号，如果要向槽中传递参数的话，在括号中指定每个形式参数的类型，当然，形式参数的个数能多于一个。

关键字slots指出随后开始槽的声明，这里slots用的也是复数形式。

槽的声明和普通函数的声明相同，能携带零或多个形式参数。既然信号的声明类似于普通C++函数的声明，那么，信号也可采用C++中虚函数的形式进行声明，即同名但参数不同。例如，第一次定义的void mySignal()没有带参数，而第二次定义的却带有参数，从这里我们能看到QT的信号机制是非常灵活的。

信号和槽之间的联系必须事先用connect函数进行指定。如果要断开二者之间的联系，能使用函数disconnect。 

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//tsignal.h 
… 
class TsignalApp:public QMainWindow 
{ 
    Q_OBJECT 
    … 
    //信号声明区 
    signals: 
        //声明信号mySignal() 
        void mySignal(); 
        //声明信号mySignal(int) 
        void mySignal(int x); 
        //声明信号mySignalParam(int,int) 
        void mySignalParam(int x,int y); 
        
    //槽声明区 
    public slots: 
        //声明槽函数mySlot() 
        void mySlot(); 
        //声明槽函数mySlot(int) 
        void mySlot(int x); 
        //声明槽函数mySignalParam (int，int) 
        void mySignalParam(int x,int y); 
} 
… 


//tsignal.cpp 
… 
TsignalApp::TsignalApp() 
{ 
    … 
    //将信号mySignal()和槽mySlot()相关联 
    connect(this,SIGNAL(mySignal()),SLOT(mySlot())); 
    //将信号mySignal(int)和槽mySlot(int)相关联 
    connect(this,SIGNAL(mySignal(int)),SLOT(mySlot(int))); 
    //将信号mySignalParam(int,int)和槽mySlotParam(int,int)相关联 
    connect(this,SIGNAL(mySignalParam(int,int)),SLOT(mySlotParam(int,int))); 
} 
// 定义槽函数mySlot() 
void TsignalApp::mySlot() 
{ 
    QMessageBox::about(this, ”Tsignal”, “This is a signal/slot sample without 
parameter.”); 
} 
// 定义槽函数mySlot(int) 
void TsignalApp::mySlot(int x) 
{ 
    QMessageBox::about(this, ”Tsignal”, “This is a signal/slot sample with one 
parameter.”); 
} 
// 定义槽函数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() 
{ 
    //发射信号mySignal() 
    emit mySignal(); 
    //发射信号mySignal(int) 
    emit mySignal(5); 
    //发射信号mySignalParam(5，100) 
    emit mySignalParam(5,100); 
}

七、应注意的问题

信号和槽机制是比较灵活的，但有些局限性我们必须了解，这样在实际的使用过程中做到有的放矢，避免产生一些错误。下面就介绍一下这方面的情况。

1、信号和槽的效率是非常高的，不过同真正的回调函数比较起来，由于增加了灵活性，因此在速度上还是有所损失，当然这种损失相对来说是比较小的，通过在一台 i586-133的机器上测试是10微秒（运行Linux），可见这种机制所提供的简洁性、灵活性还是值得的。但如果我们要追求高效率的话，比如在实时系统中就要尽可能的少用这种机制。
2、信号和槽机制和普通函数的调用相同，如果使用不当的话，在程式执行时也有可能产生死循环。因此，在定义槽函数时一定要注意避免间接形成无限循环，即在槽中再次发射所接收到的同样信号。例如,在前面给出的例子中如果在mySlot()槽函数中加上语句emit mySignal()即可形成死循环。
3、如果一个信号和多个槽相联系的话，那么，当这个信号被发射时，和之相关的槽被激活的顺序将是随机的。
4、宏定义不能用在signal和slot的参数中。
既然moc工具不扩展#define，因此，在signals和slots中携带参数的宏就不能正确地工作，如果不带参数是能的。例如，下面的例子中将带有参数的宏SIGNEDNESS(a)作为信号的参数是不合语法的： 

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#ifdef ultrix 
#define SIGNEDNESS(a) unsigned a 
#else 
#define SIGNEDNESS(a) a 
#endif 
class Whatever : public QObject 
{ 
    […] 
    signals: 
        void someSignal( SIGNEDNESS(a) ); 
    […] 
};

5、 构造函数不能用在signals或slots声明区域内。
的确，将一个构造函数放在signals或slots区内有点不可理解，无论怎么，不能将他们放在private slots、protected slots或public slots区内。下面的用法是不合语法需求的： 

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class SomeClass : public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
    public slots: 
        SomeClass( 
            QObject *parent, 
            const char *name 
        ) : QObject( parent, name ) {} // 在槽声明区内声明构造函数不合语法 
        […] 
};

6、 函数指针不能作为信号或槽的参数。
例如，下面的例子中将void (*applyFunction)(QList*, void*)作为参数是不合语法的： 

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class someClass : public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
    […] 
    public slots: 
        void apply(void (*applyFunction)(QList*, void*), char*); // 不合语法 
};

你能采用下面的方法绕过这个限制： 

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typedef void (*ApplyFunctionType)(QList*, void*);
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class someClass : public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
    […] 
    public slots: 
        void apply( ApplyFunctionType, char *); 
};

7、信号和槽不能有缺省参数。
既然signal->slot绑定是发生在运行时刻，那么，从概念上讲使用缺省参数是困难的。下面的用法是不合理的： 

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class SomeClass : public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
    public slots: 
        void someSlot(int x=100); // 将x的缺省值定义成100，在槽函数声明中使用是错误的 
};

8、信号和槽也不能携带模板类参数。
如果将信号、槽声明为模板类参数的话，即使moc工具不报告错误，也不可能得到预期的结果。例如，下面的例子中当信号发射时，槽函数不会被正确调用： 

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[…] 
public slots: 
    void MyWidget::setLocation (pair location); 
[…] 
public signals: 
    void MyObject::moved (pair location);

不过，你能使用typedef语句来绕过这个限制。如下所示： 

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typedef pair IntPair; 
[…] 
public slots: 
    void MyWidget::setLocation (IntPair location); 
[…] 
public signals: 
    void MyObject::moved (IntPair location);

这样使用的话，你就能得到正确的结果。

9、嵌套的类不能位于信号或槽区域内，也不能有信号或槽。
例如，下面的例子中，在class B中声明槽b()是不合语法的，在信号区内声明槽b()也是不合语法的。 

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class A 
{ 
    Q_OBJECT 
    public: 
        class B 
        { 
            public slots: // 在嵌套类中声明槽不合语法 
            void b(); 
            [….] 
        }; 
    signals: 
        class B 
        { 
            // 在信号区内声明嵌套类不合语法 
            void b(); 
            [….] 
        }: 
};

10、友元声明不能位于信号或槽声明区内。相反，他们应该在普通C++的private、protected或public区内进行声明。下面的例子是不合语法规范的： 

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class someClass : public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
    […] 
    signals: //信号定义区 
        friend class ClassTemplate; // 此处定义不合语法 
};