Основы QT

Содержание лекции

Введение в Qt

Что такое Qt?

Qt - это кроссплатформенный фреймворк для разработки приложений с графическим интерфейсом

История и развитие Qt

Архитектура и основные принципы Qt

Модульная структура Qt

Основные модули Qt6

Метаобъектная система (MOC)

Что такое MOC?

Meta-Object Compiler (MOC) - препроцессор, генерирующий дополнительный код для поддержки метаобъектной системы

Возможности MOC

• Сигналы и слоты - механизм событий
• Информация о типах - RTTI (Runtime Type Information)
• Свойства объектов - динамические свойства
• Трансляция строк - поддержка интернационализации

Пример использования MOC

#include <QObject>
#include <QDebug>

class NetworkManager : public QObject {
    Q_OBJECT  // Макрос для MOC
    
    Q_PROPERTY(QString status READ getStatus WRITE setStatus NOTIFY statusChanged)
    Q_PROPERTY(int connectionCount READ getConnectionCount)
    
public:
    explicit NetworkManager(QObject* parent = nullptr) 
        : QObject(parent), m_status("Disconnected"), m_connectionCount(0) {}
    
    QString getStatus() const { return m_status; }
    void setStatus(const QString& status) {
        if (m_status != status) {
            m_status = status;
            emit statusChanged(status);
        }
    }
    
    int getConnectionCount() const { return m_connectionCount; }
    
signals:  // Сигналы генерируются MOC
    void statusChanged(const QString& newStatus);
    void connectionEstablished(const QString& address);
    void connectionLost(const QString& address);
    
public slots:  // Слоты генерируются MOC
    void connectToServer(const QString& address, int port) {
        qDebug() << "Подключение к серверу:" << address << ":" << port;
        setStatus("Connecting...");
        // Логика подключения
    }
    
    void disconnectFromServer() {
        qDebug() << "Отключение от сервера";
        setStatus("Disconnected");
    }
    
private:
    QString m_status;
    int m_connectionCount;
};

Сигналы и слоты

Основные принципы

• Сигналы - уведомления о событиях
• Слоты - обработчики событий
• Соединения - связывание сигналов со слотами
• Автоматическое управление - нет необходимости в ручном вызове

Типы соединений

#include <QObject>
#include <QTimer>
#include <QDebug>

class ConnectionExample : public QObject {
    Q_OBJECT
    
public:
    ConnectionExample(QObject* parent = nullptr) : QObject(parent) {
        // 1. Прямое соединение (по умолчанию)
        connect(&timer, &QTimer::timeout, this, &ConnectionExample::onTimeout);
        
        // 2. Соединение через очередь (для разных потоков)
        connect(&timer, &QTimer::timeout, this, &ConnectionExample::onTimeout, Qt::QueuedConnection);
        
        // 3. Соединение с контекстом (автоотключение при разрушении контекста)
        
        // 4. Лямбда-функции
        connect(&timer, &QTimer::timeout, []() {
            qDebug() << "Таймер сработал!";
        });
    }
    
public slots:
    void onTimeout() {
        qDebug() << "Обработка таймера";
    }
    
signals:
    void dataReceived(const QByteArray& data);
    void connectionStateChanged(bool connected);
    
private:
    QTimer timer;
};

Событийная система Qt

Иерархия событий

• QEvent - базовый класс всех событий
• QMouseEvent - события мыши
• QKeyEvent - события клавиатуры
• QResizeEvent - изменение размера
• QPaintEvent - перерисовка
• QCloseEvent - закрытие окна

Обработка событий

#include <QWidget>
#include <QMouseEvent>
#include <QKeyEvent>
#include <QPaintEvent>
#include <QDebug>

class CustomWidget : public QWidget {
    Q_OBJECT
    
public:
    CustomWidget(QWidget* parent = nullptr) : QWidget(parent) {
        setMouseTracking(true);  // Отслеживание мыши без нажатия
    }
    
protected:
    // События мыши
    void mousePressEvent(QMouseEvent* event) override {
        qDebug() << "Нажата кнопка мыши:" << event->button() 
                 << "в позиции:" << event->pos();
        
        if (event->button() == Qt::LeftButton) {
            // Логика для левой кнопки
            update();  // Запрос перерисовки
        }
    }
    
    void mouseMoveEvent(QMouseEvent* event) override {
        qDebug() << "Перемещение мыши:" << event->pos();
    }
    
    void mouseReleaseEvent(QMouseEvent* event) override {
        qDebug() << "Отпущена кнопка мыши:" << event->button();
    }
    
    // События клавиатуры
    void keyPressEvent(QKeyEvent* event) override {
        qDebug() << "Нажата клавиша:" << event->key() 
                 << "текст:" << event->text();
        
        if (event->key() == Qt::Key_Escape) {
            close();  // Закрыть окно по Escape
        }
    }
    
    // Событие перерисовки
    void paintEvent(QPaintEvent* event) override {
        QPainter painter(this);
        painter.fillRect(rect(), Qt::blue);
        painter.drawText(rect(), Qt::AlignCenter, "Кастомный виджет");
    }
    
    // Событие изменения размера
    void resizeEvent(QResizeEvent* event) override {
        qDebug() << "Размер изменен:" << event->oldSize() 
                 << "->" << event->size();
    }
};

Управление памятью

Родительско-дочерние отношения

#include <QWidget>
#include <QVBoxLayout>
#include <QPushButton>
#include <QLabel>

class MemoryManagementExample : public QWidget {
    Q_OBJECT
    
public:
    MemoryManagementExample(QWidget* parent = nullptr) 
        : QWidget(parent) {
        
        // Создание компоновщика (родитель)
        QVBoxLayout* layout = new QVBoxLayout(this);
        
        // Создание виджетов с указанием родителя
        QLabel* label = new QLabel("Пример управления памятью", this);
        QPushButton* button = new QPushButton("Нажми меня", this);
        
        // Добавление в компоновщик
        layout->addWidget(label);
        layout->addWidget(button);
        
        // Автоматическое удаление при закрытии родителя
        // Все дочерние объекты будут удалены автоматически
    }
    
    // Не нужно вручную удалять дочерние объекты!
    // Qt автоматически освободит память
};

Умные указатели в Qt

#include <QObject>
#include <QSharedPointer>
#include <QWeakPointer>

class SmartPointerExample : public QObject {
    Q_OBJECT
    
public:
    void demonstrateSmartPointers() {
        // QSharedPointer - совместное владение
        QSharedPointer<QObject> sharedObj(new QObject());
        QSharedPointer<QObject> sharedObj2 = sharedObj;
        
        // QWeakPointer - слабая ссылка
        QWeakPointer<QObject> weakObj = sharedObj;
        
        // Проверка валидности
        if (!weakObj.isNull()) {
            QSharedPointer<QObject> strongRef = weakObj.toStrongRef();
            // Использование объекта
        }
        
        // Автоматическое удаление когда все ссылки исчезнут
    }
};

Инструменты разработки Qt

Qt Creator

• IDE для разработки Qt приложений
• Визуальный дизайнер интерфейсов
• Отладчик и профилировщик
• Поддержка QML и C++

Qt Designer

// Создание интерфейса программно
#include <QApplication>
#include <QWidget>
#include <QVBoxLayout>
#include <QHBoxLayout>
#include <QPushButton>
#include <QLineEdit>
#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication app(argc, argv);
    
    QWidget window;
    window.setWindowTitle("Пример Qt приложения");
    window.resize(400, 300);
    
    // Создание элементов интерфейса
    QVBoxLayout* mainLayout = new QVBoxLayout;
    
    // Поле ввода
    QHBoxLayout* inputLayout = new QHBoxLayout;
    QLabel* nameLabel = new QLabel("Имя:");
    QLineEdit* nameEdit = new QLineEdit;
    inputLayout->addWidget(nameLabel);
    inputLayout->addWidget(nameEdit);
    
    // Кнопки
    QHBoxLayout* buttonLayout = new QHBoxLayout;
    QPushButton* okButton = new QPushButton("OK");
    QPushButton* cancelButton = new QPushButton("Отмена");
    buttonLayout->addWidget(okButton);
    buttonLayout->addWidget(cancelButton);
    
    // Сборка интерфейса
    mainLayout->addLayout(inputLayout);
    mainLayout->addLayout(buttonLayout);
    
    window.setLayout(mainLayout);
    window.show();
    
    return app.exec();
}

qmake и CMake

# CMakeLists.txt для Qt проекта
cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
project(QtExample)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

# Поиск Qt6
find_package(Qt6 COMPONENTS Core Widgets REQUIRED)

# Создание исполняемого файла
add_executable(QtExample main.cpp)

# Связывание с Qt модулями
target_link_libraries(QtExample PRIVATE Qt6::Core Qt6::Widgets)

# Включение автоматической генерации MOC
set_target_properties(QtExample PROPERTIES
    AUTOMOC ON
    AUTOUIC ON
    AUTORCC ON
)

Преимущества Qt

Недостатки Qt

Сравнение с альтернативами

Qt vs другие фреймворки

Практические примеры использования

Сетевое приложение на Qt

#include <QApplication>
#include <QTcpSocket>
#include <QTextEdit>
#include <QVBoxLayout>
#include <QPushButton>
#include <QLineEdit>
#include <QWidget>

class NetworkClient : public QWidget {
    Q_OBJECT
    
public:
    NetworkClient(QWidget* parent = nullptr) : QWidget(parent) {
        setupUI();
        setupConnections();
    }
    
private slots:
    void connectToServer() {
        socket->connectToHost(serverEdit->text(), portEdit->text().toInt());
    }
    
    void onConnected() {
        logEdit->append("Подключен к серверу");
    }
    
    void onDisconnected() {
        logEdit->append("Отключен от сервера");
    }
    
    void onReadyRead() {
        QByteArray data = socket->readAll();
        logEdit->append("Получено: " + data);
    }
    
    void sendMessage() {
        if (socket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState) {
            socket->write(messageEdit->text().toUtf8());
            messageEdit->clear();
        }
    }

private:
    void setupUI() {
        QVBoxLayout* layout = new QVBoxLayout;
        
        // Поля подключения
        QHBoxLayout* connectionLayout = new QHBoxLayout;
        serverEdit = new QLineEdit("localhost");
        portEdit = new QLineEdit("1234");
        connectButton = new QPushButton("Подключиться");
        connectionLayout->addWidget(new QLabel("Сервер:"));
        connectionLayout->addWidget(serverEdit);
        connectionLayout->addWidget(new QLabel("Порт:"));
        connectionLayout->addWidget(portEdit);
        connectionLayout->addWidget(connectButton);
        
        // Поле сообщения
        QHBoxLayout* messageLayout = new QHBoxLayout;
        messageEdit = new QLineEdit;
        sendButton = new QPushButton("Отправить");
        messageLayout->addWidget(messageEdit);
        messageLayout->addWidget(sendButton);
        
        // Лог
        logEdit = new QTextEdit;
        logEdit->setReadOnly(true);
        
        layout->addLayout(connectionLayout);
        layout->addLayout(messageLayout);
        layout->addWidget(logEdit);
        
        setLayout(layout);
        setWindowTitle("Qt Network Client");
        resize(600, 400);
    }

    void setupConnections() {
        socket = new QTcpSocket(this);
        
        connect(connectButton, &QPushButton::clicked, this, &NetworkClient::connectToServer);
        connect(sendButton, &QPushButton::clicked, this, &NetworkClient::sendMessage);
        connect(socket, &QTcpSocket::connected, this, &NetworkClient::onConnected);
        connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, this, &NetworkClient::onDisconnected);
        connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &NetworkClient::onReadyRead);
    }
    
    QTcpSocket* socket;
    QLineEdit* serverEdit;
    QLineEdit* portEdit;
    QLineEdit* messageEdit;
    QPushButton* connectButton;
    QPushButton* sendButton;
    QTextEdit* logEdit;
};

// Файл main.cpp — отдельная единица трансляции
// Класс NetworkManager должен быть в отдельном .h/.cpp файле
// CMake с AUTOMOC ON автоматически обработает Q_OBJECT

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication app(argc, argv);
    
    NetworkClient client;
    client.show();
    
    return app.exec();
}

Qt Network — обзор возможностей

Классы для сетевого программирования

TCP-сервер на Qt

Пример эхо-сервера

#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QDateTime>

class EchoServer : public QObject {
    Q_OBJECT
public:
    explicit EchoServer(quint16 port, QObject* parent = nullptr)
        : QObject(parent) {
        server = new QTcpServer(this);
        connect(server, &QTcpServer::newConnection, this, &EchoServer::onNewConnection);
        
        if (server->listen(QHostAddress::Any, port)) {
            qDebug() << "Сервер запущен на порту" << port;
        } else {
            qDebug() << "Ошибка запуска:" << server->errorString();
        }
    }
    
private slots:
    void onNewConnection() {
        QTcpSocket* client = server->nextPendingConnection();
        qDebug() << "Новое подключение:" << client->peerAddress().toString();
        
        connect(client, &QTcpSocket::readyRead, [client]() {
            QByteArray data = client->readAll();
            qDebug() << "Получено:" << data;
            client->write("Echo: " + data);
        });
        
        connect(client, &QTcpSocket::disconnected, client, &QTcpSocket::deleteLater);
    }
    
private:
    QTcpSocket* server;
};

Примечание: deleteLater гарантирует безопасное удаление сокета после завершения обработки текущего события.

UDP-сокеты в Qt

Дейтаграммная передача

#include <QUdpSocket>
#include <QNetworkDatagram>

class UdpChat : public QObject {
    Q_OBJECT
public:
    UdpChat(quint16 port, QObject* parent = nullptr) : QObject(parent) {
        socket = new QUdpSocket(this);
        socket->bind(QHostAddress::Any, port, QAbstractSocket::ShareAddress);
        
        connect(socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &UdpChat::onReadyRead);
    }
    
    void sendMessage(const QString& message, const QHostAddress& address, quint16 port) {
        QByteArray data = message.toUtf8();
        socket->writeDatagram(data, address, port);
    }
    
private slots:
    void onReadyRead() {
        while (socket->hasPendingDatagrams()) {
            QNetworkDatagram datagram = socket->receiveDatagram();
            qDebug() << "От:" << datagram.senderAddress() << datagram.senderPort()
                     << "Сообщение:" << datagram.data();
        }
    }
    
private:
    QUdpSocket* socket;
};

HTTP-запросы с QNetworkAccessManager

Асинхронные HTTP-запросы

#include <QNetworkAccessManager>
#include <QNetworkRequest>
#include <QNetworkReply>
#include <QJsonDocument>
#include <QJsonObject>

class HttpClient : public QObject {
    Q_OBJECT
public:
    explicit HttpClient(QObject* parent = nullptr) : QObject(parent) {
        manager = new QNetworkAccessManager(this);
        connect(manager, &QNetworkAccessManager::finished,
                this, &HttpClient::onReplyFinished);
    }
    
    void getRequest(const QUrl& url) {
        QNetworkRequest request(url);
        request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, "application/json");
        manager->get(request);
    }
    
    void postRequest(const QUrl& url, const QJsonObject& data) {
        QNetworkRequest request(url);
        request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, "application/json");
        manager->post(request, QJsonDocument(data).toJson());
    }
    
private slots:
    void onReplyFinished(QNetworkReply* reply) {
        if (reply->error() == QNetworkReply::NoError) {
            QByteArray response = reply->readAll();
            QJsonDocument doc = QJsonDocument::fromJson(response);
            qDebug() << "Ответ:" << doc.toJson();
        } else {
            qDebug() << "Ошибка HTTP:" << reply->errorString();
        }
        reply->deleteLater();
    }
    
private:
    QNetworkAccessManager* manager;
};

Многопоточность и сеть

QThread + сетевые операции

#include <QThread>
#include <QTcpSocket>
#include <QMutex>

class NetworkWorker : public QObject {
    Q_OBJECT
public slots:
    void doConnect(const QString& host, quint16 port) {
        QTcpSocket socket;
        socket.connectToHost(host, port);
        if (socket.waitForConnected(5000)) {
            emit connected();
            socket.write("Hello from thread");
            socket.waitForBytesWritten();
        } else {
            emit errorOccurred(socket.errorString());
        }
    }
    
    void doLongPolling(const QString& host, quint16 port) {
        QTcpSocket socket;
        socket.connectToHost(host, port);
        if (!socket.waitForConnected(5000)) return;
        
        while (!QThread::currentThread()->isInterruptionRequested()) {
            if (socket.waitForReadyRead(1000)) {
                emit dataReceived(socket.readAll());
            }
        }
    }
    
signals:
    void connected();
    void dataReceived(const QByteArray& data);
    void errorOccurred(const QString& error);
};

// Использование в main():
// QThread* thread = new QThread;
// NetworkWorker* worker = new NetworkWorker;
// worker->moveToThread(thread);
// connect(thread, &QThread::started, worker, [worker]() {
//     worker->doConnect("example.com", 80);
// });
// connect(worker, &NetworkWorker::dataReceived, [](const QByteArray& data) {
//     qDebug() << "Данные из потока:" << data;
// });
// thread->start();

Важно: QTcpSocket нельзя использовать из потока, отличного от того, в котором он был создан. Создавайте сокет внутри doConnect().

SSL/TLS в Qt Network

Защищённые соединения

#include <QSslSocket>
#include <QSslConfiguration>

class SecureClient : public QObject {
    Q_OBJECT
public:
    void connectSecure(const QString& host, quint16 port) {
        QSslSocket* socket = new QSslSocket(this);
        
        connect(socket, &QSslSocket::encrypted, [socket]() {
            qDebug() << "SSL-соединение установлено с"
                     << socket->peerCertificate().subjectInfo(QSslCertificate::CommonName);
        });
        
        connect(socket, &QSslSocket::sslErrors, [](const QList<QSslError>& errors) {
            for (const auto& err : errors)
                qDebug() << "SSL ошибка:" << err.errorString();
        });
        
        socket->connectToHostEncrypted(host, port);
    }
};

Заключение

Вопросы для самопроверки