QT的C++接口基础用法
1. QT是什么
QT是一个跨平台的C++开发库，主要用于开发图形界面程序。简而言之，就是用来做UI界面的。下边笔者将介绍QT的基础用法，包括信号与槽机制、常用控件以及多线程。建议大家在学习QT时，先掌握QT的用法即可，不用深究原理。
2. QT的基础用法
2.1 信号与槽
信号(signal)指的是在特定情况下被发射的事件。比如说你在QT窗口里创建了一个按钮，点击这个按钮就会发送一个信号，然后界面窗口会对你所发送的信号进行响应。
槽(slot)就是对信号响应的函数，成为槽函数。它可以具有参数，也可以直接被调用。当信号发射时，所关联的槽函数会自动执行。
2.1.1 信号的创建
信号仅需要声明，不需要定义，一般在mainwindow.h里声明信号即可，如下所示：
#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H /*主窗口基类*/ #include<QMainWindow> /** * MainWindow - 主窗口 */ class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT /*在使用信号与槽的类中，必须在类的定义中加入此宏！*/ public: /* 构造函数声明*/ MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); /* 析构函数声明 */ signals: /* 声明一个信号，带参数，仅需声明，无需定义*/ void start_inspection(const recipe_config &recipe, const cv::Mat &gray); }; #endifnote：创建信号时最好贴合信号本身的含义，此处笔者的项目中代表的意思是点击按钮后，发送开始检测信号。
2.1.2 槽的创建
创建槽需要现在mainwindow.h里边进行声明，然后在main.cpp里实现槽的定义。与信号不同，声明槽必须写槽的定义，否则会编译报错。它有以下特点：1、槽可以时任何成员函数；2、槽函数和信号的参数、返回值要保持一致。槽的创建如下所示：
#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H /*主窗口基类*/ #include<QMainWindow> /** * MainWindow - 主窗口 */ class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT /*在使用信号与槽的类中，必须在类的定义中加入此宏！*/ public: /* 构造函数声明*/ MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); /* 析构函数声明 */ signals: /* 声明一个信号，带参数，仅需声明，无需定义*/ void start_inspection(const recipe_config &recipe, const cv::Mat &gray); public slots: /* 声明一个槽函数，带参数，需要声明＋定义*/ void request_inspection(const recipe_config &recipe, const cv::Mat &gray); }; #endif /*声明完成后需要在对应cpp文件里进行调用*/ void MainWindow::request_inspection(const recipe_config &recipe, const cv::Mat &gray) { /* 准备结果缓冲并调用核心检测引擎 */ inspection_result result{}; int code = run_inspection(recipe, gray, result); /* 无论成功失败都发射信号，让 UI 侧统一处理 */ emit inspection_finished(code, result); }2.1.3 信号与槽的关联
信号与槽的关联通过connect函数来实现。其基本格式为：
connect(sender, SIGNAL(signal()), receiver, SLOT(slot()));sender是发射对象的名称，signal() 是信号名称。信号可以看做是特殊的函 数，需要带括号，有参数时还需要指明参数。receiver 是接收信号的对象名称，slot() 是槽函数 的名称，需要带括号，有参数时还需要指明参数。
而SIGNAL 和 SLOT 是 Qt 的宏，用于指明信号和槽，并将它们的参数转换为相应的字符 串。note：当信号和槽函数带有参数时，在 connect()函数里，要写明参数的类型，但可以不写参数名称。用法如下所示：
/*当信号和槽函数带有参数时，在连接函数里边要写明参数的类型，但可以不写参数名称*/ connect(worker_, SIGNAL(inspection_finished(int, inspection_result)), this, SLOT(on_inspection_finished(int, inspection_result)));如上图的意思是：假设worker_是按钮，代表的意思就是按钮点击后，开始发送inspection_finished信号，然后QT界面窗口会执行槽函数on_inspection_finished。其中，this代表的是主窗口MainWindow(C++中的this指针指向实例化的对象本身)。
2.2 QT常用控件
2.2.1 按钮QPushButton
这是一个按钮控件，通常用于创建一个按钮，点击后，主界面做出相应的响应，用法如下。
1、先在MainWindow.h里引入按钮库并声明按钮对象，代码如下：
#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H /*主窗口基类*/ #include<QMainWindow> /*引入按钮控件库*/ #include <QPushButton> /** * MainWindow - 主窗口 */ class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT /*在使用信号与槽的类中，必须在类的定义中加入此宏！*/ public: /* 构造函数声明*/ MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); /* 析构函数声明 */ private: /*声明一个QPushButton对象*/ QPushButton *load_image_button_; /* 加载图片按钮 */ private slots: /* 加载图片按钮点击槽 */ void on_load_image_clicked(); }; #endif2、在MainWindow.cpp的MainWindow构造函数中实例化按钮对象并连接信号与槽，如下所示：
/*实例化按钮对象*/ load_image_button_ = new QPushButton(QString::fromUtf8("加载图片"), central); /*连接信号与槽*/ connect(load_image_button_, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(on_load_image_clicked())); // 连接加载图片按钮点击信号和槽函数2.2.2 文本编辑框QLineEdit
文本编辑框的意思就是提供一个可以输入信息的文本框，用法如下：
#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H /*主窗口基类*/ #include<QMainWindow> /*引入文本编辑框*/ #include <QLineEdit> /** * MainWindow - 主窗口 */ class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT /*在使用信号与槽的类中，必须在类的定义中加入此宏！*/ public: /* 构造函数声明*/ MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); /* 析构函数声明 */ private: /* 操作员输入框 */ QLineEdit *operator_edit_; /* 初始化菜单栏（操作员输入） */ void setup_menu_bar(); }; #endif如上图，也是需要在头文件里进行声明；接下来在对应的cpp文件里进行实例化对象，以及构建文本框，如下所示：
/** * setup_menu_bar - 构建菜单栏（操作员输入） */ void MainWindow::setup_menu_bar() { /*QMenu是QT的菜单类，此处先通过menuBar()获取菜单栏，再添加一个"操作员"菜单 */ QMenu *operator_menu = menuBar()->addMenu(QString::fromUtf8("操作员")); /* 把 QLineEdit 嵌入菜单栏里作为操作员录入入口 */ /*QWidgetAction是QT的控件动作类，只有通过它才可以将控件嵌入菜单栏 *一般模板为先调用setDefaultWidget()方法，将控件设置为默认小部件 *然后将QWidgetAction对象添加到菜单栏中 */ QWidgetAction *action = new QWidgetAction(this); operator_edit_ = new QLineEdit(this); operator_edit_->setPlaceholderText(QString::fromUtf8("输入操作员名称"));//设置占位文本为“输入操作员名称” operator_edit_->setText(QString::fromUtf8("unknown"));//设置默认文本为“unknown” operator_edit_->setFixedWidth(200);//设置固定宽度为200 action->setDefaultWidget(operator_edit_);//将操作员编辑框设置为默认小部件 operator_menu->addAction(action); /* 将操作员编辑框添加到操作员菜单 */ }2.2.3 QLable
QLable提供了一种用于文本或图像显示的小部件，其用法如下，也是需要先在头文件里进行声明：
#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H /*主窗口基类*/ #include<QMainWindow> /*引入QLable*/ #include <QLabel> /** * MainWindow - 主窗口 */ class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT /*在使用信号与槽的类中，必须在类的定义中加入此宏！*/ public: /* 构造函数声明*/ MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); /* 析构函数声明 */ private: /* 左侧图像显示区 */ QLabel *image_label_; /* 初始化中央控件与布局 */ void setup_ui(); }; #endif下边需要在对应CPP文件里进行实例化对象以及设置控件，如下所示：
void MainWindow::setup_ui() { /* 创建中央 QWidget 和主水平布局 */ QWidget *central = new QWidget(this); QHBoxLayout *main_layout = new QHBoxLayout(central); /* 左侧图像区：至少 640x480，带边框 */ image_label_ = new QLabel(central); image_label_->setMinimumSize(640, 480); // 设置图像标签的最小尺寸为 640x480 image_label_->setAlignment(Qt::AlignCenter); // 设置图像标签的对齐方式为居中 image_label_->setStyleSheet(QString::fromUtf8("border: 1px solid gray;")); // 设置图像标签的样式表为带边框 image_label_->setText(QString::fromUtf8("未加载图片")); // 设置图像标签的文本为“未加载图片” main_layout->addWidget(image_label_, 3); // 将图像标签加入主布局，并指定伸缩因子为3，表示该区域占总宽度的3/4 /* 右侧按钮 + 结果区 */ QVBoxLayout *right_layout = new QVBoxLayout(); // 创建右侧垂直布局，用于容纳功能按钮和结果显示区 /*其他代码省略....*/ }2.2.4 布局管理
如上图所示，QHBoxLayout（水平布局）、QVBoxLayout（垂直布局），简单来说，水平布局就是将控件平着放；垂直布局就是将控件垂着着放。
/* 右侧按钮 + 结果区 */ QVBoxLayout *right_layout = new QVBoxLayout(); // 创建右侧垂直布局，用于容纳功能按钮和结果显示区 /* 四个功能按钮 */ load_image_button_ = new QPushButton(QString::fromUtf8("加载图片"), central); run_inspection_button_ = new QPushButton(QString::fromUtf8("执行检测"), central); view_history_button_ = new QPushButton(QString::fromUtf8("查看历史"), central); switch_recipe_button_ = new QPushButton(QString::fromUtf8("切换配方"), central); /* 结果显示区：支持换行、左上对齐、浅灰边框 */ result_label_ = new QLabel(central); result_label_->setWordWrap(true); // 设置结果标签支持换行 result_label_->setAlignment(Qt::AlignTop | Qt::AlignLeft); // 设置结果标签的对齐方式为左上对齐 result_label_->setText(QString::fromUtf8("等待检测...")); // 设置结果标签的文本为“等待检测...” result_label_->setStyleSheet(QString::fromUtf8("border: 1px solid lightgray; padding: 6px;")); // 设置结果标签的样式表为浅灰边框 result_label_->setMinimumHeight(200); // 设置结果标签的最小高度为 200 result_label_->setMinimumHeight(200); // 设置结果标签的最小高度为 200 /* 按顺序加入右侧垂直布局 */ right_layout->addWidget(load_image_button_); right_layout->addWidget(run_inspection_button_); right_layout->addWidget(view_history_button_); right_layout->addWidget(switch_recipe_button_); right_layout->addWidget(result_label_, 1);2.2.5 QTableWidget
代表表格控件，用法如下：
#ifndef HISTORY_DIALOG_HPP #define HISTORY_DIALOG_HPP #include <QDialog> /* QDialog 基类 */ #include <QTableWidget> /* 表格控件 */ #include <string> /* std::string */ /** * HistoryDialog - 历史记录对话框 */ class HistoryDialog : public QDialog { Q_OBJECT public: /* 构造函数：db_path 是 SQLite 数据库路径 */ HistoryDialog(const std::string &db_path, QWidget *parent = nullptr); ~HistoryDialog(); private: /* 从数据库加载最多 limit 条记录填入表格 */ void load_records(int limit); std::string db_path_; /* 数据库路径 */ QTableWidget *table_; /* 记录表格 */ }; #endif /* HISTORY_DIALOG_HPP */可以看到也是需要先引入相应的表格控件头文件，并且在头文件里声明表格控件对象。然后在对应CPP文件里构造表格控件，用法示例如下：
HistoryDialog::HistoryDialog(const std::string &db_path, QWidget *parent) : QDialog(parent), // 调用父类构造函数 db_path_(db_path), // 初始化数据库路径成员变量 table_(nullptr) // 初始化表格成员变量为 nullptr { /* 设置窗口标题与几何信息 */ this->setWindowTitle(QString::fromUtf8("检测历史记录")); this->setGeometry(200, 200, 900, 500); /* 构造表格控件并设置 7 列表头 */ table_ = new QTableWidget(this); table_->setColumnCount(7); /* 准备表头文本 */ /* QStringList是QT中专门用于存储多个字符串的容器，使用 * <<操作符向容器中追加字符串元素，如第0列为时间 */ QStringList headers; headers << QString::fromUtf8("时间") << QString::fromUtf8("产品") << QString::fromUtf8("结果") << QString::fromUtf8("失败原因") << QString::fromUtf8("操作员") << QString::fromUtf8("配方版本") << QString::fromUtf8("图片路径"); table_->setHorizontalHeaderLabels(headers); // 调用表格控件方法来设置表头文本 /* 最后一列自适应填充剩余宽度，避免图片路径被截断 */ table_->horizontalHeader()->setStretchLastSection(true); /* 只读表格，禁止任何编辑 */ table_->setEditTriggers(QAbstractItemView::NoEditTriggers); /* 构造对话框布局并装入表格 */ QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout(this); // 构造对话框布局 layout->addWidget(table_); // 装入表格 }2.2.6 QPixmap和QImage
这是QT提供的图像处理类，QPixmap更侧重于显示(类似于pdf)，而QImage更侧重于图像处理(类似于word，方便编辑)。一般将QImage用于转换图像到QT显示，而QPixmap用于显示图像。用法如下：
/* 转 QImage 并按 Label 尺寸等比缩放 */ QImage image = mat_to_qimage(display); QPixmap pixmap = QPixmap::fromImage(image).scaled( image_label_->size(), //参数1：目标尺寸 Qt::KeepAspectRatio, //参数2：缩放模式，保持宽高比 Qt::SmoothTransformation); //参数3：缩放质量，平滑转换 image_label_->setPixmap(pixmap); // 设置图像标签的像素图，显示图像2.2.7 QFileDialog和QMessageBox
QFileDialog和QMessageBox分别代表文件对话框和消息框，QFileDialog用于打开文件或保存文件，打开文件时用getOpenFileName(参数为：父窗口、对话框标题、默认路径、过滤器)，保存文件时用getSaveFileName(参数为：父窗口、对话框标题、默认路径、过滤器)；
QMessageBox用于显示消息框，常用函数有QMessageBox::information(表示信息提示蓝色图标)、QMessageBox::warning(表示警告提示黄色图标)、QMessageBox::critical(表示错误提示红色图标)。用法如下：
void MainWindow::on_load_image_clicked() { /* 弹出选文件对话框，限制常见图片格式 */ QString file = QFileDialog::getOpenFileName(this, QString::fromUtf8("选择待检测图片"), QString(), QString::fromUtf8("图片文件 (*.png *.jpg *.bmp)")); /* 用户取消选择则直接返回 */ if (file.isEmpty()) { return; } /* 读图，失败则弹警告 */ cv::Mat bgr = cv::imread(file.toStdString(), cv::IMREAD_COLOR);/*将Qstring类型转换为std string*/ if (bgr.empty()) { QMessageBox::warning(this, QString::fromUtf8("读取图片失败"), QString::fromUtf8("无法读取该文件，请确认格式正确。")); return; } }2.2.8 QstatusBar
代表状态栏，一般存在于QT主窗口的底部。用法如下：
/* 初始状态栏提示 */ statusBar()->showMessage(QString::fromUtf8("就绪"));2.3 QT多线程
为什么要使用多线程呢？因为如在单线程中，操作都是按顺序执行的，如果UI界面内某个点击按钮的操作是比较耗时的，就会发现点击后没有响应，界面卡住了，必须等到耗时结束后才能恢复。
为了解决这种问题，就要使用多线程方法，而QT中实现多线程的核心是存在QTHread线程类，其有两种多线程方法，一种是继承QThread的run函数，另一种是将继承QObject的类转移到一个线程里，官方主要推荐第二种用法，因此笔者将以第二种用法为准进行介绍。
先来看用法示例，在做讲解：
void MainWindow::setup_worker_thread() { /* 工作线程归 MainWindow 所有，但 Worker 对象不能挂父级，否则 moveToThread 会失败 */ worker_thread_ = new QThread(this); worker_ = new InspectionWorker(); worker_->moveToThread(worker_thread_);//将 worker_ 移动到 worker_thread_ 线程，worker_的槽函数将在该线程中执行 /* 线程结束后自动删除 Worker 对象 */ connect(worker_thread_, SIGNAL(finished()), worker_, SLOT(deleteLater())); /* 主窗口信号 -> Worker 槽：按 recipe 和图像发起检测请求 */ /*当主窗口点击执行检测时会发送检测信号，worker_(在工作线程中)接收到信号后会调用request_inspection槽函数进行检测*/ connect(this, SIGNAL(start_inspection(recipe_config, cv::Mat)), worker_, SLOT(request_inspection(recipe_config, cv::Mat))); /* Worker 信号 -> 主窗口槽：检测完成回传结果 */ /*当信号和槽函数带有参数时，在连接函数里边要写明参数的类型，但可以不写参数名称*/ connect(worker_, SIGNAL(inspection_finished(int, inspection_result)), this, SLOT(on_inspection_finished(int, inspection_result))); /* 启动工作线程 */ /*调用start方法创建线程worker_thread_,并执行该线程，该线程会调用run方法， *run方法中会调用exec()函数，该函数会启动事件循环，即检测到信号时才会唤醒，否则处于阻塞态。 */ worker_thread_->start(); }如上图的代码是运行在UI线程中的， worker_thread_是实例化的线程对象，worker_是实例化的InspectionWorker对象，此处的InspectionWorker就是继承自QObject的派生类。然后接下来调用moveToThread方法将worker_对象移动到所创建的工作线程(worker_thread_)中，代表之后worker_对象的槽函数将在新的工作线程中执行。
比如上图中的第二个connect函数：当UI线程对象发送开始检测信号后，处在工作线程的对象worker_会在工作线程里执行槽函数on_inspection_finished。最后调用工作线程的start方法来创建工作线程并执行。具体来说，start方法内部会调用pthread_create()创建线程,然后执行所创建的线程，最后在该线程中启动事件循环。
2.3.1 跨越信号和槽
像上述所说的，发送信号的对象this和接收对象worker_不在同一线程中时，这种情况就称为跨越信号和槽。其工作机制是：主线程发送信号后，QT会将信号的参数拷贝，并封装成事件，然后将事件发送到工作线程的事件队列里边；等待工作线程执行事件循环取出该队列，才会去调用接收对象的槽函数进行执行。
其中，事件循环指的是底层维护一个事件队列，无事件时线程调用 epoll_wait 进入阻塞，内核将其移出就绪表、加入等待表，此时放弃CPU控制权；当其他线程投递事件时会触发内部唤醒管道，内核立即把线程移回就绪表，恢复 TASK_RUNNING 状态，随后事件循环取出队列中的事件并执行。
了解工作原理之后，下边说一个多线程调度的示例帮助理解，如：
1、假设主线程有一个按钮，点击后发射信号让工作线程开始计算： 2、程序启动，主线程进入 app.exec()(代表事件循环)，等待事件。 3、工作线程启动后进入 exec()，等待事件。 4、两者都阻塞，CPU 空闲。 5、用户点击按钮 → 主线程被唤醒，执行按钮对应的槽函数，该槽函数发射信号给工作线程。 6、工作线程的信号被包装为事件，投递到工作线程的事件队列，工作线程的 exec() 被唤醒，处理该事件，执行 Worker 的槽（如 doWork()）。 7、工作线程耗时计算期间，完全不需要事件循环，直接占用 CPU 执行 doWork()。 8、计算完成后，Worker 发射 resultReady 信号，该信号被投递到主线程的事件队列，工作线程继续回到事件循环 exec() 等待新事件（如果没有新事件，再次阻塞）。 9、主线程的事件循环被 resultReady 事件唤醒，调用主线程槽函数更新界面。 10、更新完成后，主线程继续回到事件循环，若再无事件，则再次阻塞。2.3.2 声明和注册元类型
上小节中跨越信号和槽的工作机制中讲到，主线程发送信号后，QT会将信号的参数拷贝，并封装成事件。但是，当QT在拷贝参数时如果碰到你自定义的数据结构类型，它是没办法认识的，因此需要采用Q_DECLARE_METATYPE 和 qRegisterMetaType 进行注册，否则QT会报错。用法如下：
// 定义一个结构体 struct SensorData { int id; double temperature; QString name; }; // 声明元类型 Q_DECLARE_METATYPE(SensorData) // 注册元类型 qRegisterMetaType<SensorData>("SensorData");2.4 QTimer
它是QT的一个定时器类，但不是硬件定时器。作用是定时一段时间后，定时器到期会唤醒事件循环，事件循环发现该定时器到期，便直接触发 QTimer 的事件处理，发射 timeout() 信号，并同步调用连接的槽函数。用法如下：
#include <QTimer> 8 9 10 class MainWindow : public QMainWindow 11 { 12 Q_OBJECT 13 14 public: 15 MainWindow(QWidget *parent = nullptr); 16 ~MainWindow(); 17 18 private: 19 /* 声明QLCDNumber对象 */ 20 QLCDNumber *lcdNumber; 21 22 /* 声明QTimer对象 */ 23 QTimer *timer; /*省略......*/ /*在对应的构造函数中*/ timer = new QTimer(this); 25 /* 设置定时器1000毫秒发送一个timeout()信号 */ 26 timer->start(1000); 27 28 /* 信号槽连接 */ 29 connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, 30 SLOT(timerTimeOut()));