信号槽

所謂信号槽，實際就是觀察者模式。當某個事件發生之後，比如，按鈕檢測到自己被點選了一下，它就會發出一個信号（signal）。這種發出是沒有目的的，類似廣播。如果有對象對這個信号感興趣，它就會使用連接配接（connect）函數，意思是，用自己的一個函數（稱為槽（slot））來處理這個信号。也就是說，當信号發出時，被連接配接的槽函數會自動被回調。這就類似觀察者模式：當發生了感興趣的事件，某一個操作就會被自動觸發。（這裡提一句，Qt 的信号槽使用了額外的處理來實作，并不是 GoF 經典的觀察者模式的實作方式。）

經典的觀察者模式在講解舉例的時候通常會舉報紙和訂閱者的例子。有一個報紙類 Newspaper，有一個訂閱者類 Subscriber。Subscriber 可以訂閱 Newspaper。這樣，當 Newspaper 有了新的内容的時候，Subscriber 可以立即得到通知。在這個例子中，觀察者是 Subscriber，被觀察者是 Newspaper。在經典的實作代碼中，觀察者會将自身注冊到被觀察者的一個容器中（比如 subscriber.registerTo(newspaper)）。被觀察者發生了任何變化的時候，會主動周遊這個容器，依次通知各個觀察者（newspaper.notifyAllSubscribers()）。

在 Qt 5 中，QObject::connect() 有五個重載：

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const QObject *, const char *,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const QMetaMethod &,
                                const QObject *, const QMetaMethod &,
                                Qt::ConnectionType);

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, const char *,
                                const char *,
                                Qt::ConnectionType) const;

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Qt::ConnectionType)

QMetaObject::Connection connect(const QObject *, PointerToMemberFunction,
                                Functor);


           

下面我們先來看看 connect() 函數最常用的一般形式：

// !!! Qt 5
connect(sender,   signal,
        receiver, slot);
           

這是我們最常用的形式。connect() 一般會使用前面四個參數，第一個是發出信号的對象，第二個是發送對象發出的信号，第三個是接收信号的對象，第四個是接收對象在接收到信号之後所需要調用的函數。也就是說，當 sender 發出了 signal 信号之後，會自動調用 receiver 的 slot 函數。

這是最常用的形式，我們可以套用這個形式去分析上面給出的五個重載。第一個，sender 類型是 const QObject *，signal 的類型是 const char *，receiver 類型是 const QObject *，slot 類型是 const char *。這個函數将 signal 和 slot 作為字元串處理。第二個，sender 和 receiver 同樣是 const QObject *，但是 signal 和 slot 都是 const QMetaMethod &。我們可以将每個函數看做是 QMetaMethod 的子類。是以，這種寫法可以使用 QMetaMethod 進行類型比對。第三個，sender 同樣是 const QObject *，signal 和 slot 同樣是 const char *，但是卻缺少了 receiver。這個函數其實是将 this 指針作為 receiver。第四個，sender 和 receiver 也都存在，都是 const QObject *，但是 signal 和 slot 類型則是 PointerToMemberFunction。看這個名字就應該知道，這是指向成員函數的指針。第五個，前面兩個參數沒有什麼不同，最後一個參數是 Functor 類型。這個類型可以接受 static 函數、全局函數以及 Lambda 表達式。

由此我們可以看出，connect() 函數，sender 和 receiver 沒有什麼差別，都是 QObject 指針；主要是 signal 和 slot 形式的差別。具體到我們的示例，我們的 connect() 函數顯然是使用的第五個重載，最後一個參數是 QApplication 的 static 函數 quit()。也就是說，當我們的 button 發出了 clicked() 信号時，會調用 QApplication 的 quit() 函數，使程式退出。

信号槽要求信号和槽的參數一緻，所謂一緻，是參數類型一緻。如果不一緻，允許的情況是，槽函數的參數可以比信号的少，即便如此，槽函數存在的那些參數的順序也必須和信号的前面幾個一緻起來。這是因為，你可以在槽函數中選擇忽略信号傳來的資料（也就是槽函數的參數比信号的少），但是不能說信号根本沒有這個資料，你就要在槽函數中使用（就是槽函數的參數比信号的多，這是不允許的）。

借助 Qt 5 的信号槽文法，我們可以将一個對象的信号連接配接到 Lambda 表達式，例如：

// !!! Qt 5
#include <QApplication>
#include <QPushButton>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QPushButton button("Quit");
    QObject::connect(&button, &QPushButton::clicked, [](bool) {
        qDebug() << "You clicked me!";
    });
    button.show();

    return app.exec();
}
           

注意這裡的 Lambda 表達式接收一個 bool 參數，這是因為 QPushButton 的 clicked() 信号實際上是有一個參數的。Lambda 表達式中的 qDebug() 類似于 cout，将後面的字元串列印到标準輸出。如果要編譯上面的代碼，你需要在 pro 檔案中添加這麼一句：

QMAKE_CXXFLAGS += -std=c++0x

然後正常編譯即可。

自定義信号槽

下面我們看看使用 Qt 的信号槽，如何實作上述報紙和訂閱者的觀察者模式。注意，這裡我們僅僅是使用這個案例，我們的代碼并不是去實作一個經典的觀察者模式。也就是說，我們使用 Qt 的信号槽機制來獲得同樣的效果。

下面先總結一下自定義信号槽需要注意的事項：

發送者和接收者都需要是 QObject 的子類（當然，槽函數是全局函數、Lambda 表達式等無需接收者的時候除外）；

使用 signals 标記信号函數，信号是一個函數聲明，傳回 void，不需要實作函數代碼；

槽函數是普通的成員函數，作為成員函數，會受到 public、private、protected 的影響；

使用 emit 在恰當的位置發送信号；

使用 QObject::connect() 函數連接配接信号和槽。

//!!! Qt5
#include <QObject>
 
// newspaper.h
class Newspaper : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    Newspaper(const QString & name) :
        m_name(name)
    {
    }
 
    void send()
    {
        emit newPaper(m_name);
    }
 
signals:
    void newPaper(const QString &name);
 
private:
    QString m_name;
};
 
// reader.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
 
class Reader : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    Reader() {}
 
    void receiveNewspaper(const QString & name)
    {
        qDebug() << "Receives Newspaper: " << name;
    }
};
 
// main.cpp
#include <QCoreApplication>
 
#include "newspaper.h"
#include "reader.h"
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication app(argc, argv);
 
    Newspaper newspaper("Newspaper A");
    Reader reader;
    QObject::connect(&newspaper, &Newspaper::newPaper,
                     &reader,    &Reader::receiveNewspaper);
    newspaper.send();
 
    return app.exec();
}
           

當我們運作上面的程式時，會看到終端輸出 Receives Newspaper: Newspaper A 這樣的字樣。

下面我們來分析下自定義信号槽的代碼。

這段代碼放在了三個檔案，分别是 newspaper.h，reader.h 和 main.cpp。為了減少檔案數量，可以把 newspaper.h 和 reader.h 都放在 main.cpp 的 main() 函數之前嗎？答案是，可以，但是需要有額外的操作。具體問題，我們在下面會詳細說明。

首先看 Newspaper 這個類。這個類繼承了 QObject 類。隻有繼承了 QObject 類的類，才具有信号槽的能力。是以，為了使用信号槽，必須繼承 QObject。凡是 QObject 類（不管是直接子類還是間接子類），都應該在第一行代碼寫上 Q_OBJECT。不管是不是使用信号槽，都應該添加這個宏。這個宏的展開将為我們的類提供信号槽機制、國際化機制以及 Qt 提供的不基于 C++ RTTI 的反射能力。是以，如果你覺得你的類不需要使用信号槽，就不添加這個宏，就是錯誤的。其它很多操作都會依賴于這個宏。注意，這個宏将由 moc（我們會在後面章節中介紹 moc。這裡你可以将其了解為一種預處理器，是比 C++ 預處理器更早執行的預處理器。） 做特殊處理，不僅僅是宏展開這麼簡單。moc 會讀取标記了 Q_OBJECT 的頭檔案，生成以 moc_ 為字首的檔案，比如 newspaper.h 将生成 moc_newspaper.cpp。你可以到建構目錄檢視這個檔案，看看到底增加了什麼内容。注意，由于 moc 隻處理頭檔案中的标記了 Q_OBJECT 的類聲明，不會處理 cpp 檔案中的類似聲明。是以，如果我們的 Newspaper 和 Reader 類位于 main.cpp 中，是無法得到 moc 的處理的。解決方法是，我們手動調用 moc 工具處理 main.cpp，并且将 main.cpp 中的 include “newspaper.h” 改為 include “moc_newspaper.h” 就可以了。不過，這是相當繁瑣的步驟，為了避免這樣修改，我們還是将其放在頭檔案中。許多初學者會遇到莫名其妙的錯誤，一加上 Q_OBJECT 就出錯，很大一部分是因為沒有注意到這個宏應該放在頭檔案中。

Newspaper 類的 public 和 private 代碼塊都比較簡單，隻不過它新加了一個 signals。signals 塊所列出的，就是該類的信号。信号就是一個個的函數名，傳回值是 void（因為無法獲得信号的傳回值，是以也就無需傳回任何值），參數是該類需要讓外界知道的資料。信号作為函數名，不需要在 cpp 函數中添加任何實作（我們曾經說過，Qt 程式能夠使用普通的 make 進行編譯。沒有實作的函數名怎麼會通過編譯？原因還是在 moc，moc 會幫我們實作信号函數所需要的函數體，是以說，moc 并不是單純的将 Q_OBJECT 展開，而是做了很多額外的操作）。

Newspaper 類的 send() 函數比較簡單，隻有一個語句 emit newPaper(m_name);。emit 是 Qt 對 C++ 的擴充，是一個關鍵字（其實也是一個宏）。emit 的含義是發出，也就是發出 newPaper() 信号。感興趣的接收者會關注這個信号，可能還需要知道是哪份報紙發出的信号？是以，我們将實際的報紙名字 m_name 當做參數傳給這個信号。當接收者連接配接這個信号時，就可以通過槽函數獲得實際值。這樣就完成了資料從發出者到接收者的一個轉移。

Reader 類更簡單。因為這個類需要接受信号，是以我們将其繼承了 QObject，并且添加了 Q_OBJECT 宏。後面則是預設構造函數和一個普通的成員函數。Qt 5 中，任何成員函數、static 函數、全局函數和 Lambda 表達式都可以作為槽函數。與信号函數不同，槽函數必須自己完成實作代碼。槽函數就是普通的成員函數，是以作為成員函數，也會受到 public、private 等通路控制符的影響。（我們沒有說信号也會受此影響，事實上，如果信号是 private 的，這個信号就不能在類的外面連接配接，也就沒有任何意義。）

main() 函數中，我們首先建立了 Newspaper 和 Reader 兩個對象，然後使用 QObject::connect() 函數。這個函數我們上一節已經詳細介紹過，這裡應該能夠看出這個連接配接的含義。然後我們調用 Newspaper 的 send() 函數。這個函數隻有一個語句：發出信号。由于我們的連接配接，當這個信号發出時，自動調用 reader 的槽函數，列印出語句。

這樣我們的示例程式講解完畢。我們基于 Qt 的信号槽機制，不需要觀察者的容器，不需要注冊對象，就實作了觀察者模式。