Qt基础

在Qt5后，Qt不断开发QML和Qt Quick，同时在抛弃传统的基于C++的Qt Widgets，致力于更快捷、直观地绘制应用

当然，Qt的优势在于极致的跨平台和前后端的顺畅结合，Qt Widgets和Qt Quick的设计思路是相似的；多是QML/C++混合开发，纯粹的Qt Widgets在前端开发上是较为低效的

本文并不想介绍QML，而是介绍Qt Widgets

元对象系统

简介

元对象系统(Meta-Object System, MOS)是Qt的核心机制，元对象即用于描述对象的对象；它提供以下功能：

  • 信号-槽：允许对象间安全的通信，方便响应事件
  • 反射系统：允许程序自己获取(运行时获取)对象的信息，在java、dotNet中也有类似的概念
  • 动态属性：允许程序在运行时添加属性

所有继承QObject的类中，只要私有声明了宏Q_OBJECT，就可使用MOS

信号与槽

  • 关键字：借助MOC(元对象编译器)，Qt为了实现信号槽机制，添加了slots,signals关键字(宏)

    • 信号和槽都是成员函数，一般声明如下：

      c++
      class Class : public QObject {
    Q_OBJECT
signals:
    ...
private slots:
    ...
};

      signals宏定义为public QT_ANNOTATE_ACCESS_SPECIFIER(qt_signal)，一定是公有的

      slots则可以在任意域中，但一般是保护或私有的

    • 一般，每个QObject的子类中的信号都应该有对应的用于发送该信号的成员函数(Qt自带类中一般定义为公有槽函数)

    • 一般控件有继承自父类的Qt实现的信号-槽和发送-响应机制

  • 自定义信号：

    • 无返回值，可以有参数
    • 只需声明，无需实现(MOC自动实现)

  • 自定义槽：

    • 返回值及参数必须和相连接的信号一致
    • 一旦声明，必须实现

  • 发送信号：

    • 通常在成员函数中，可以使用emit关键字发送自定义信号，同时传递参数：

      c++
      emit mySignal(...);

    • 需要主动发送信号时，通常调用封装好的发送函数，而不是直接使用emit

      c++
      // 官方命名习惯(例如按钮类):
public slots:
 click(); // 发送信号.
signals:
 clicked(); // 信号.

  • 连接方式：

    • 手动连接：调用connect()，四个必须填写的参数依次为发送者指针、信号、接收者指针、槽

      有三种输入信号-槽参数的方式：

      • 旧版本：调用宏函数SIGNAL()和SLOT()，处理输入的函数名后返回特定字符串

        连接失败后无反馈，例：

        c++
        // 参数不用添加限定符.
connect(ui->lineEdit, SIGNAL(textChanged(QString)),
        this, SLOT(doSomething(QString)));

      • 新版本：传递函数指针，好处是连接失败后会报错，如：

        c++
        connect(ui->lineEdit, &QLineEdit::textChanged,
        this, &MainWindow::doSomething);

      • lambda表达式(匿名函数)：好处是不用额外声明槽函数

        c++
        connect(ui->button, SIGNAL(textChanged(QString)), [this](const QString&) {
    ...
});

    • 连接函数的第五个参数表示连接方式，默认为自动关联，常用的有：

      • AutoConnection：信号槽在同一线程则为DirectionConnection，否则为QueuedConnection
      • DirectionConnection：信号发射后直接调用槽，槽函数执行完毕后再执行emit语句后的代码
      • QueuedConnection：槽在接收者的线程中执行(若在不同线程，则发送线程继续进行)

    • 默认连接：Qt编译器会尝试让所有名为on_objName_signalName()的槽函数进行连接

      类似于调用：

      c++
      connect(&objName, &SenderClass::signalName,
        this, &thisClass::on_objName_signalName);

      注：objName命名不能太长，否则连接失败；连接失败后不会终止程序，但会打印错误信息

  • 常用控件的信号：

    python
    QPushButton:    # 按钮
    clicked()      # 被点击
QLineEdit:     # 行编辑器
    textChanged(const QString&)  # 文本被修改, 同时发送修改后的文本
    returnPressed()     # 焦点在控件上时, 按下回车
 cursorPositionChanged()   # 光标移动
    editingFinished()    # 失去焦点/焦点在该控件上时, 按下回车
    selectionChanged()    # 选中区域被修改
QDialog:     # 对话框
    accepted()/rejected()   # 因用户确认/拒绝对话框而被关闭
    finished()      # 被关闭
QStackedWidget/QToolBox: # 堆栈窗口(多窗口器)/工具箱
    currentChanged(int idx)   # 当前窗口/选项修改, 同时发送新窗口的索引

  • 可能用到的控件的信号：

    python
    QSplitter:     # 窗口分割器
    splitterMoved(int pos, int idx) # 分割条被移动, 同时发送移动后的位置、被移动条的索引
QAction/QToolButton:  # 动作/工具按钮
    triggered()      # 被触发
QSpinBox/QDoubleSpinBox: # 整数旋钮/浮点数旋钮
    valueChanged(int/double val) # 值被修改, 同时发送新的值

事件系统

事件和信号槽的区别：

  • 信号本身没有和底层硬件、操作系统交流的能力，部分信号还需要通过事件发出(如clicked())
  • 关注点：
    • 信号槽：发出、接收信号的对象
    • 事件处理：发生的是哪种事件，并不关注对象间的通信
  • 来源：
    • 信号：程序里的函数，由对象发出
    • 事件：系统的底层消息
  • 本质：
    • 信号槽：成员函数
    • 事件：对象

Qt的事件循环：

  • 产生：应用启动(QApplication::exec())后，Qt即开启事件循环，不断检测底层消息并将它们转换为事件
  • 分发：事件通过QApplication::notify()传入到事件队列，按队列的顺序取出事件，调用事件分发函数bool event(QEvent* event)
  • 处理：event()会分情况调用不同的事件处理函数
  • 事件循环里，事件的产生和处理是异步的

事件也可手动发送，它们不经过事件循环

有些类(如按钮类)的处理函数已经封装好了，而有些类(如窗口类)的键鼠事件处理函数没有语句，因此有需要时，需要重写它们，一般有两种处理方式：

  • 发送信号，将事件的处理解耦成多个槽函数，可扩展性强，便于跨对象、跨线程通信
  • 直接在函数内部处理，可用于事件处理较为简单的情况

常见的事件处理函数：

python
# 启用某种属性的函数,某些事件需要特定属性才能产生
setAttribute(Qt::WidgetAttribute, bool)

# 以下函数返回值为void
键盘:
    keyPressEvent(QKeyEvent* event)    # 按键按下
    keyReleaseEvent(QKeyEvent* event)   # 按键松开
鼠标:
    mousePressEvent(QMouseEvent* event)   # 鼠标按下
    mouseReleaseEvent(QMouseEvent* event)  # 鼠标松开
    mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent* event) # 鼠标双击
 wheelEvent(QWheelEvent* event)    # 鼠标滚轮滑动
    enterEvent(QEvent* event)     # 鼠标移进
 leaveEvent(QEvent* event)     # 鼠标移出
    hoverMoveEvent(QHoverEvent* event)   # 鼠标悬停(需启用WA_Hover)
焦点:
    focusInEvent(QFocusEvent* event)   # 获得焦点
 focusOutEvent(QFocusEvent* event)   # 失去焦点
拖动:
    setAcceptDrops(bool)      # 设置控件能否拖动
    dragEnterEvent(QDragEnterEvent* event)  # 被拖动的物体进入可放置区域
    dragMoveEvent(QDragMoveEvent* event)  # 被拖动的物体移动
    dragLeaveEvent(QDragLeaveEvent* event)  # 被拖动的物体离开可放置区域
    dropEvent(QDropEvent* event)    # 放下

传入的事件本身是带有信息的，例如：

python
QKeyEvent:
    key()    # 返回Qt::Key枚举值, 表示按下的是哪个键
QMouseEvent:
    pos()    # 返回QPoint, 表示鼠标相对于该控件的位置
    globalPos()   # 返回QPoint, 表示鼠标在屏幕上的位置

关于事件分发函数event()的重写：

c++
// event()是事件分发函数, 是有返回值的(表示事件是否已处理)
// 重写event()的目的是实现 事件过滤 或 想在事件处理前执行一些代码 或 分发自定义事件
bool event(QEvent* event) override {
    switch (event->type()) {
        // 想处理的事件
        case QEvent::KeyPress: 
            ...
            keyPressEvent((QKeyEvent*)event);
            // 标记为已处理(Qt默认调用accepted, 可以在处理函数里手动调用ignore())
            if (((QKeyEvent *)event)->isAccepted())
                return true;  // 则不传递
            break;
        case 想忽略的事件: return true; // 虽然未处理, 但可以直接返回true表示已处理
    }
 return QWidget::event(event); // 未处理, 交给父类处理
}

项目初始化

通过项目初始化来介绍Qt在控件上的一些机制和默认

.ui文件

在创建Qt项目时，应该自选生成.ui文件，能轻易地在Qt Designer中修改它，并定义窗口和控件对象、以及它们的初始化

  • 该文件使用xml语言，在Qt Designer上修改比直接编辑快的多

  • 其能在C++程序中起作用的原因是，Qt编译器会通过uic(ui编译器)将name.ui翻译成头文件ui_name.h，其中定义了类Ui_name：

    • 该类定义了所有在QD设计的、除窗口类外的控件

    • 定义了成员函数setupUi(QMainWindow*)，用于初始化各种控件

    • 自动生成的项目主窗口类中，默认定义Ui_name类的指针ui

      所有构造函数的第一行应调用**ui->setupUi(this)**，以确保能安全调用ui中的控件

主窗口类及内存机制

学习自动创建的主窗口头文件格式，便于学会自定义控件类

设创建项目时定义的主窗口类为MainWindow，则应有头文件定义：

c++
class MainWindow : public QMainWindow {
    Q_OBJECT
public:
    MainWindow(QWidget* parent = nullptr);
    ~MainWindow();
};

  • Q_OBJECT：Qt定义的宏，只有声明了它，才能使用元对象系统

    任何继承了QObject类的子类都应私有声明该宏

  • 简单窗口类可直接继承自QWidget

    复杂窗口类(如包含菜单栏、对话框)应继承QMainWindow，才能正常显示

构造函数的实现至少是这样的：

c++
MainWindow::MainWindow(QWidget* parent)
: QMainWindow(parent),
 ui(new Ui_MainWindow) {
    ui->setupUi(this);
}

作为参数传入的parent和this是有必要的，因为Qt有自己的一套回收内存的机制：

  • 半自动回收：所有QObject类及其子类对象都定义了parent和链表(用于存储子控件的指针)

    习惯上，所有控件类对象都使用堆内存，并在构造时指定父控件

    • 当释放父控件的内存时，会先释放所有子控件的内存，因此只要记得释放根控件的内存，就不会出现内存泄露

    • 而释放子控件的内存后，它会从其父控件的链表中删去，因此不会出现重复释放内存的情况

    • 所有这些对象都有**QObject::setParent()**方法，用于设置父控件

  • 手动释放：对于父控件在不同线程、或非QObject系的占用堆内存的对象，无法半自动回收，应在其所在线程里调用**deleteLater()方法，调用后会在线程结束时释放其内存**

外部资源管理

Qt中通过.qrc(Qt Resource)文件管理外部资源，该文件使用xml语言，在QC中能更直观地使用

xml
<!DOCTYPE RCC>
<RCC>
 <qresource prefix="/Icons">
        <file>images/name.jpg</file>
    </qresource>
</RCC>

直接编码也不难理解，这些标签的含义是：

  • RCC：其内容会被rcc(Qt的资源编译器)识别，并把资源编译到可执行文件里
  • qresource：用于指定其所属文件的前缀，前缀默认为"/"
  • file：其内容为资源的真正的路径，例如上述语句引入了处于./images/name.jpg路径(相对于该资源文件)的图片

.qrc文件通过独特的相对路径管理资源，即冒号+前缀+文件路径，例如通过":/Icons/images/name.jpg"访问上述语句中的文件

使用资源的方式：

c++
setWindowIcon(QIcon(路径)) // 设置窗口图标，仅窗口类可使用
    
setIcon(QIcon(路径))   // 设置控件图标，仅支持图标的控件可使用
    
QFile qssFile(":/path/name.css"); // 引入外部样式表
qssFile.open(QFile::ReadOnly);
qApp->setStyleSheet(qssFile.readAll()); // 加载到整个应用程序(所有QWidget类对象都可加载)

QSound::play(":/path/name.wav"); // 播放wav音频文件(静态播放,只能在主线程中调用)
QSound* musicPlayer {new QSound(路径)}; // 加载进内存后播放
musicPlayer->play();

QMediaPlayer* musicPlayer {new QMediaPlayer}; // 可播放wav、mp3、mp4等
musicPlayer->setMedia(QUrl::fromLocalFile(路径));
musicPlayer->play();

样式

关于样式，推荐通过QD进行初始化，或一律通过外部样式表统一，而不是通过C++编码修改

如果有CSS基础，许多属性会很熟悉

控件

所有QWidget系对象都有(由以下类组合而成)：

  • font：存储字体族、字体大小、粗体、斜体等(构造函数的参数就是这四个属性)

    对象可调用setFont(QFont)方法修改

  • sizePolicy：存储大小和伸缩的策略

    • 伸展策略：实质是枚举QSizePolicy::Policy，可通过setSizePolicy()修改

      • 基于sizeHint有不同的策略，以下称其为默认值

      • Fixed：控件大小始终为默认值

      • Minimun/Maximun：控件的默认值为最小/最大尺寸，大小可以大于/小于默认值

        最小/最大尺寸可通过setMinimunSize()/setMaximunSize()设置

      • Preferred：控件大小是默认值，但可以放大/缩小

      • Expanding：控件可以随意放大/缩小

      • 当Preferred和Expanding的控件同时存在于布局中时，前者会把空间让给后者且尽量保持默认值

    • 伸展因子：一般通过布局来管理，伸展因子越大，拉伸控件时改变的空间越多

  • focusPolicy：存储获取焦点的策略，实质是枚举Qt::FocusPolicy

    • StrongFocus：默认值，也最常用，可通过鼠标点击、Tab键获取焦点
    • TabFocus/ClickFocus：Tab键/鼠标点击获取焦点
    • NoFocus：不可通过键鼠获取焦点

  • geometry：不重要，一般通过布局来控制它

布局

Qt提供以下几种布局管理器：

  • QHBoxLayout/QVBoxLayout：水平/垂直布局
  • QGridLayout：网格布局
  • QFormLayout：表单布局

布局有助于控件随窗口拉伸而自动拉伸，以下操作可在QD快速实现：

  • 窗口调用setCentralWidget()设置中心控件
  • 该中心控件调用setLayout()设置布局

窗口

如要限制窗口的放大/缩小键，可通过setWindowFlags()设置，参数为枚举Qt::WindowType

  • WindowMaximunButtonHint/WindowMinimunButtonHint：最大化/最小化
  • WindowCloseButtonHint：关闭键

更多常用方法

python
QWidget:
    resize()   # 重置大小
    setFocus()   # 主动吸引焦点
    setHidden()   # 设置是否隐藏控件
QMainWindow:
    setWindowTitle() # 设置标题
    show()    # 显示窗口
    close()    # 关闭窗口
QDoubleSpinBox:
    setDecimals()  # 设置浮点数精度(实质是字符串)
文本编辑/显示器:
    setText()   # 设置文本, 会解析HTML内容
    setPlainText()  # 设置纯文本
 text()    # (QLineEdit)获取文本
    toPlainText()  # (其它)获取文本
按钮类:
    setEnabled()  # 设置是否启用
布局管理器:
    addWidget()   # 添加控件
    columnCount()/rowCount() # 列/行数
QStackedWidget:
    setCurrentIndex() # 设置当前窗口
QString:
    number()   # 静态成员, 将整型/浮点型转化为QString
QMessageBox:
    information()  # 静态成员, 呼出简单的小窗口(可添加Ok/Cancel按钮并返回用户的选择)

qDebug() << Data  # 打印信息