Архив рубрики: Статьи по программированию

Qt для начинающих. Урок 1. Простейшее GUI-приложение и основные виджеты

Вернуться к общему содержанию "Qt для начинающих".

Чтобы первый урок был более интересным, построем его на ряде примеров с пояснениями.

Простой пример для ручной сборки

Для лучшего понимания Qt будет правильным выполнить ручную сборку в консоли хотя бы простейшего примера. Методика сборки одинакова для проектов любого размера и важно понимать, как она выполняется.

Рассмотрим простейший пример GUI-приложения, которое выполняет открытие пустого окна на экране. Выделим директорию на диске, где создадим файл main.cpp со следующим содержимым. В пример добавлена нумерация строк для упрощения дальнейших комментариев к примеру. Следует понимать, что нумерация строк не должна содержаться в рабочем файле, так как она не входит в допустимый синтаксис выражений на языке C++.

01. #include <QApplication>
02. #include <QWidget>
03.
04. int main(int argc, char *argv[])
05. {
06.   QApplication app(argc, argv);
07.   QWidget wgt;
08.   wgt.setWindowTitle(tr("Hello world"));
09. 
10.   wgt.show();
11.   return app.exec();
12. }

В строках 01 и 02 выполняется включение заголовочных файлов QApplication и QWidget, в которых, кроме прочего, содержится объявление классов QApplication и QWidget. В нашем примере мы создаем экземпляры этих классов.

Следует заметить удобную традицию именования заголовочных файлов используемую в Qt. Начиная с четвертой версии Qt, если вам потребовался класс с именем Qxxx, то, скорее всего, его определение находится в заголовочном файле Qxxx.

В данном примере, класс QApplication интересует нас как организатор цикла сбора сообщений, которые будут приходить в окно нашего GUI-приложения. См. строку 11 (запуск цикла обработки оконных сообщений). Класс QApplication реализован по подобию синглтона (Singleton). Для тех, кто не знаком с этим термином из теории шаблонов проектирования (или, паттернов, от англ. patterns) дадим небольшое пояснение. Суть синглтона заключается в том, что реализация класса предотвращает возможность создания более одного экземпляра данного класса. Эта особенность нам важна потому, что из нее следует возможность определения внутри библиотеки Qt глобальной переменной с указателем на единственный экземпляр данного класса. Смотрите описание для символа qApp в справке Qt.

В библиотеке Qt используется терминология виджета (от англ. widget — штуковина, приспособление), как элемента GUI-интерфейса. Минимальный общий набор свойств таких элементов представлен классом QWidget.

В строках 06 и 07 создаются объекты классов приложения и виджета. В обоих случаях выполняется статическое создание объектов. Время существования таких объектов ограничивается операторным блоком { … } в котором они созданы. Как только исполнение кода программы дойдет до закрывающей скобки, то оба этих объекта автоматически уничтожатся. Таким образом, в данном примере мы не будет задумываться о способе уничтожения объектов Qt и рассмотрим этот вопрос позже.

При создании объекта QApplication используется параметризованный конструктор в который передаются аргументы запуска приложения (копируются из аргументов функции main()). Внутри объекта класса выполняется парсинг этих аргументов. Класс приложения поддерживает ряд параметры запуска, которые можно уточнить по справке для соответствующего конструктора QApplication. Параметры запуска не входящие в этот список следует анализировать самостоятельно. В конце этого урока, разместив в главном окне приложения несколько элементов управления мы предложим провести эксперимент с параметром запуска -style, для которого, в любой сборке Qt, возможны значения: motif, windows, platinum.

В строке 08 выполняется изменение одного из атрибутов объекта виджета. С помощью метода setWindowTitle() мы устанавливаем свой текст для заголовка нашего будущего окна. Обратите внимание, что изображение строки обернуто вызовом функции трансляции tr(). Это требование интернационализации приложения. По всем подобным оберткам, специальными средствами Qt, могут быть созданы специальные файлы с переводами на разные языки, которые можно будет использовать в приложении для выполнения автоматических замен. Обычно, такие файлы включают в сборку приложения в виде ресурсов.

В строке 10 выполняется открытие окна приложения. До версии Qt4, перед открытием окна выполнялась явное объявление виджета как главного виджета приложения. Это делалось с помощью следующего кода.

  app.setMainWidget(&wgt);

Начиная с версии Qt4 выполнение такой связи выполняется автоматически через обращение к глобальному указателю qApp на экземпляр класса приложения.

В строке 11 выполняется запуск цикла обработки сообщений операционной системы направленный в окно приложения. Цикл завершается при выполнении какой-нибудь из команд закрытия приложения. Код закрытия приложения возвращается методом exec() при завершении метода. Именно этот код становится кодом возврата функции main() за счет передачи его через оператор return.

Теперь попробуем выполнить сборку приложения. Проще всего это будет сделать в Linux. Для этого надо будет просто открыть консоль и выполнить некоторые команды, которые мы сейчас опишем. Для Windows такая работа может потребовать установку путей на директории размещения утилиты qmake из Qt SDK. Данная утилита реализует правила системы сборки проектов QMake.

Для начала следует узнать, что нам доступно из консоли. Если мы в консоли bash (*nix), то сделать это достаточно просто. Наберите команду qmake и нажмите два раза табуляцию. Мы должны увидеть список всех команд, которые начинаются с сочетания qmake. Например, в моем случае я вижу две команды: qmake и qmake-qt4. Это говорит о том, что у меня из репозитория установлены две версии библиотеки. Команда qmake соответствует версии Qt5 (действует умолчание для последней версии), а команда qmake-qt4 соответствует, соответственно Qt4. Теперь, в зависимости от того, какой командой я воспользуюсь, я буду делать сборку либо с использованием версии Qt5, либо с использованием версии Qt4.

Если все у нас в системе настроено нормально и версии Qt SDK удачные, то сборка проекта должна быть выполнена с помощью следующих трех команд.

$ qmake -project
$ qmake
$ make

С помощью первой команды будет создан проектный файл. Проектный файл имеет суффикс .pro. В контексте Windows правильно будет сказать "расширение pro". Понятия суффикс имени файла и расширение файла означают совершенно разные вещи, хотя и кажутся похожими. Следите за правильностью употребления.

Вторая команда должна создать файл сценария компиляции — Makefile. Третья команда должна выполнить сценарий компиляции, в результате которого должен получиться исполняемый файл приложения.

Если этого не произошло, то попробуем найти проблему.

Откройте проектный файл. Попробуйте найти там следующую строку.

  QT += gui

Если такой строки там нет, то следует ее добавить, иначе в зависимости от версии SDK проект может быть воспринят как консольный и в него не будут включены пути на заголовочные файлы классов GUI. Это приведт к тому, что при компиляции будут выведены ошибки о том, что включенные заголовочные файлы не найдены.

Следует иметь в виду, что если вы имеете дело с Qt SDK версии 5, то данное определение должно еще включать группу widgets, как показано ниже.

  QT += gui widgets

Пример создания шаблона GUI-приложения из QtCreator

Откройте QtCreator. Для создания нового проекта запустим мастер создания проекта из меню "File->New File or Project …". В открывшемся окне первой страницы мастера предлагается выбрать шаблон будущего проекта. Для группы проектов "Application" выберем вариант "Qt GUI Application" и щелкнем по кнопке "Choose" для перехода на следующую страницу мастера.

На второй странице мастера создания проекта предлагается выбрать имя проекта и директорию его размещения. По указанному имени проекта будет создана поддиректория в которой будут размещены файлы проекта. Создание поддиректории будет выполнено в указанной директории размещения. Таким образом, имя проекта должно определяться правилами которым должно подчиняться имя директории. Однако, чтобы избежать проблем, не используйте русских букв и пробелов. Используйте английские буквы, цифры и символы подчеркивания и тире (знак минуса). Пусть наш проект будет называться app1. Запишем его в строку name, а в строке выбора директории проекта укажем директорию, где и в дальшейшем будем создавать проекты на Qt. Следует избегать путей с русскими буквами и пробелами. Рано или поздно, они могут вызвать проблемы. Если необходимо запомнить этот путь для следующего раза, установите флажок "Use as default project location". Щелкнем по кнопке "Next" для перехода на следующую страницу мастера.

На третьей странице мастера создания проекта предлагается выбрать Qt SDK из списка найденных и зарегистрированных в QtCreator. Выберите вариант Qt4. Для выбранной версии SDK, следует определить профили сборки проекта. Предлагаются варианты "Release" и "Debug" Сборка "Release" не содержит отладочных символов в исполняемом файле и рекомендуется для передаче в реальное использование. Во всех остальных случаях, удобнее использовать сборку "Debug". В текущем примере, выбор сборки не имеет значения. Можно оставить включенным оба профиля. Справа от названия профиля расположено поле ввода в котором записан путь по которому будет выполняться соответствующая сборка. Часто эти пути редактируют исходя из разных традиций. В нашем примере мы можем оставить эти пути без изменений. Щелкнем по кнопке "Next" для перехода на следующую страницу мастера.

На четвертой странице мастера создания проекта предлагается выбрать имя класса для главной формы проекта, базовый класс, от которого следует унаследовать главную форму проекта и имена файлов, где будет размещен интерфейс и реализация создаваемого класса главной формы. Кроме этого, на странице следует указать будет ли использовано визуальное проектирование формы. Так как мы не будем использовать визуальное проектирование, то следует проследить, чтобы флажок "Generate form" был снят.

Наиболее интересным на четвертой странице мастера создания проекта является выбор базового класса для создания класса формы. Предлагаются три варианта.

  1. QMainWindow — в большинстве случаев, наиболее подходящий выбор. Наследуясь от данного класса мы получаем уже готовые средства для размещения меню, строки статуса и центрального поля, которое можно реализовать как в стиле SDI (Single Document Interface), так и в стиле MDI (Multi Document Interface).
  2. QWidget — этот класс является простейшим виджетом. В терминологии Qt это простейший элемент, с которым связана какая-то графическая область на экране. Как базовый класс для главного окна, используется, как правило, при создании простых одноформенных приложений и отлично подходит для начальных "ученических" целей по причине того, что не содержит ничего "лишнего".
  3. QDialog — базовый класс для создания модальных диалоговых окон.

Для нашего примера, выберем в качестве базового класса, простейший вариант — QWidget. Имена для главного класса формы и для файлов, где будет размещаться его интерфейс и реализация можно оставить значениями по-умолчанию. Щелкнем по кнопке "Next" для перехода на следующую страницу мастера.

Пятая страница мастера создания проекта позволяет определить связь создаваемого проекта с уже открытыми проектами и указать выбор какой-нибудь доступной системы управления версиями проекта. В текущем примере нас не интересуют данные возможности, поэтому нам следует завершить работу мастера щелкнув кнопку "Finish".

В разных версиях QtCreator шаги по созданию проекта могут несколько отличаться, но, по сути, здесь изложены главные моменты, которые следует понимать при создании GUI-проекта. Текущее описание делалось на основе версии QtCreator 2.7.0.

После выполнения мастера создания проекта в QtCreator откроется вид с созданным проектом. Выполните запуск проекта, чтобы проверить настройки среды разработки. Если все в порядке, то созданный шаблон проекта должен откомпилироваться и запуститься. Для обычного запуска проекта можно воспользоваться щелчком по кнопке с изображением зеленого треугольника, размещенной на панели инструментов. Кнопка с изображением зеленого треугольника с жуком выполняет функции запуска в режиме отладке. В этом случае, если в проекте установлены точки останова, то при их достижении, выполнение запущенного приложения остановится и в редакторе отладке подсветится строка на которой был выполнен останов.

QtCreator заметно отличается своим дизайном от других сред разработки. Однако, его дизайн удивительно эргономичен. Кроме прочего, в эпоху широких экранов, очень выгодно смотрится панель инструментов расположенная слева в главном окне среды разработки. В нижней части панели инструментов, как уже говорилось, расположены кнопки запуска приложения, а в верхней — кнопки выбора вкладок для главного окна среды разработки. Рассмотрим список основных вкладок.

  • "Welcome" — Выбор проекта
  • "Edit" — Редактирование программы.
  • "Debug" — Отладки проекта. Включает необходимые окна для наблюдения за объектами.
  • "Projects" — Настроки проектов, загруженных в среду разработки. Следует внимательно изучить возможности представленные на этой вкладке
  • "Analyze" — Анализ проектов с помощью специальных средств обнаружения узких мест в быстродействии и проблем утечки памяти.
  • "Help" Окно интергрированной справки. Возможно, вам больше понравится работать с отдельным справочным приложением QtAssistant.

Простой пример размещения виджетов в окне приложения

Возьмем проект, который мы создали в предыдущем разделе с помощью мастера среды разработки QtCreator. Созданный проект включает в себя следующие файлы.

  • app1.pro — файл проекта
  • main.cpp< - главный файл приложения. Включает в себя функцию main() - точку входа в приложение. В функции main() создается объект приложения и объект главного окна приложения, который описан в файлах widget.h и widget.cpp./li>
  • widget.h — интерфейс класса главного окна приложения.
  • widget.cpp — реализация класса главного окна приложения.

Возможно, имена файлов в вашем проекте несколько отличаются. Это может быть либо потому, что вы их явно указали другими, при создании проекта, либо значения по умолчанию для вашей версии QtCreator иные.

Откроем файл реализации главного окна приложения — widget.cpp. Изменим его до состояния представленного в следующем примере. Помните, что номера строк указаны только для удобства комментариев.

01. #include <QLabel>
02. #include <QLineEdit>
03. #include <QPushButton>
04. 
05. #include "widget.h"
06.
07. Widget::Widget(QWidget *parent)
08.     : QWidget(parent)
09. {
10.     setWindowTitle(tr("Hello world!!!"));
11.     setMinimumSize(200, 80);
12. 
13.     QLabel * plb = new QLabel(tr("Test"), this);
14.     plb->setGeometry(20, 20, 80, 24);
15. 
16.     QLineEdit * ple = new QLineEdit(this);
17.     ple->setGeometry(110, 20, 80, 24);
18. 
19.     QPushButton * ppb = new QPushButton(tr("Ok"), this);
20.     ppb->setGeometry(20, 50, 80, 24);
21. }
22.
23. Widget::~Widget()
24. {
25.     
26. }

В строках 01-03 выполняется включение файлов с интерфесами следующих классов виджетов.

  1. QLabel — класс метки. Часто используется для размещения статической текстовой информации. Понимает некоторые теги HTML для форматирования. Может быть использован для статического размещения изображения. Например, из файла с картинкой. Наследуется от QFrame, поэтому может настраиваться на различные формы окантовки (бордюра).
  2. QLineEdit — класс для создания однострочных полей ввода текстовой информации.
  3. QPushButton — класс кнопки. Чаще всего используется для обработки сигнала clicked() — щелчок по кнопке.

Тело конструктора класса Widget содержит две строки настройки атрибутов окна (строки 10-11) и 8 строк создания и размещения на поле окна трех других виджетов (строки 13-20).

Настройка атрибутов окна состоит из команду установки имени окна приложения и минимального размера окна приложения. Для задания минимального размера использован метод, принимающий значения ширины и высоты окна в пикселях.

Строка 13 содержит создание экземпляра класса QLabel. Объект создается динамически, через оператор new. Для создания объекта используется конструктор, первым параметром которого указывается строка, которую должен изображать создаваемый объект. Вторым параметром данного конструктора следует указать адрес объекта, который станет владельцем создаваемого объекта метки. В качестве адреса владельца указано значение this. По правилам языка C++, this является указателем на объект внутри которого он используется. Т.е., в данном контексте, это указатель на созданный экземпляр класса Widget. Таким образом, в строке 13 создается объект класса метки, который должен изображать указанный текст и владельцем которого назначается текущий объект.

Здесь пришло время рассказать о цепях владения, которые реализованы в системе классов Qt для решения проблемы уничтожения объектов для предотвращения случайных утечек памяти. Следует вспомнить, что объекты созданные динамически, т.е. с помощью оператора new, размещаются в специальной области памяти, называемой кучей (heap) и которые живут в куче до тех пор пока не будут явно уничтожены оператором delete. Если программист не отслеживает уничтожение объектов, которые стали ненужными и не вызывает для их уничтожения оператор delete, то это становится причиной утечки памяти в приложении, которая является серьезной проблемой для ряда языков программирования в группу которых входит язык C++.

Существует несколько известных схем автоматического слежения за уничтожением динамически созданных объектов. Один из них заключается в использовании умных указателей, о которых, следует рассказать позже. Другой способ заключается в создании цепей владения, о котором мы сейчас расскажем. Третьим способом является создание подсистемы уборки мусора, которая должна отлеживать ненужные объекты и уничтожать их. Последний способ, традиционный для ядер многих современных языков, в C++ практически не используется. Гораздо более популярными в традициях языка C++ являются первые два способа.

Итак, цепи владения реализуют следующую простую идею. Создается некоторый объект, за уничтожением которого мы обязуемся следить. Проще всего создать такой объект статическим определением и тогда он уничтожится автоматически, когда исполнение программы достигнет конца операторного блока { … } в котором он был определен. Далее, при динамическом создании других объектов будем назначать для них объекты владельцев. В обязанности владельцев будет входить уничтожении владеемых объектов в теле собственного деструктора. Напомним, что деструктор — это особый метод, который вызывается при уничтожении объекта. Таким образом, можно построить такую цепь владения относительно первого объекта, все элементы которой будут автоматически уничтожены при уничтожении первого объекта. При организации такой схемы следует лишь правильно учитывать время жизни объекта, который назначается владельцем другого объекта, чтобы объекты не были уничтожены преждевременно.

Именно такая схема владения реализована в системе классов Qt. При создании многих классов из этой библиотеки можно воспользоваться конструктором, который единственным или последним параметром принимает указатель на объект, который назначается владельцем к создаваемому объекту. Параметр этот описывается как параметр со значением по умолчанию, которое определяется как ноль. Таким образом, если адрес владельца не указывается, то параметр получает значение ноль и схема владения для такого объекта отключается. В этом случае следует помнить о явном уничтожении такого объекта.

При реализации схем цепей владения, в некоторых библиотеках используется параметр с именем owner, что с английского языка переводится как владелец. Однако в библиотеке Qt такой параметр называется parent, что переводится с английского как родитель. В результате этого, у некоторых новичков возникает недопонимание образованное тем, что понятие "родитель" традиционо относится к цепям наследования в ООП, однако цепи наследования и цепи владения не имеют ничего общего. Будьте внимательны и не становитесь жертвой заблуждения в этом вопросе.

Вернемся еще раз к строке 13. Там мы создали объект владельцем которого назначен текущий объект главного окна приложения. Переменная plb, которая хранит адрес созданного объекта будет уничтожена автоматически при достижении конца кода конструктора. Однако объект который был распределен в памяти останется жить и далее, и будет жить до тех пор, пока объект главного окна приложения не будет уничтожен. При уничтожении объекта главного окна будут автоматически уничтожены все объекты, которыми объект окна владеет.

В строке 14 мы обращаемся к методу задания атрибутов геометрии, которые определяют размещение настраиваемого объекта относительно своего владельца. Первым и вторым значением указываются горизонтальная и вертикальная координата для верхнего левого угла объекта. Третьим и четвертым значением указывается ширина и высота настраиваемого объекта.

Аналогичным образом, далее, создаются и настраиваются объекты однострочного поля ввода и кнопки.

Если вы добились того, что пример, созданный в предыдущем разделе собрался и запустился без ошибок, то должен выполниться и этот пример, который является расширением предыдущего.

Используя данное приложение можно поэкспериментировать с параметрами запуска приложения. Проще всего это сделать в консоли. Зайдите в директорию сборки приложения и выполните следующие варианты запуска приложения с параметрами. В каждом из запусков должна быть заметна разница в стиле прорисовки виджетов.

$ ./app1 -style=motif
$ ./app1 -style=windows
$ ./app1 -style=platinum

В данном примере, исполняемый файл приложения указан именем app1. Возможно, что в вашем случае, исполняемый файл имеет другое имя. В операционной системе Windows, исполняемые файлы имеют расширение exe. Кроме того, в операционной системе Windows, выполнить запуск исполняемого файла из текущей директории можно без указания относительного пути, т.е. без указания (./) — символ точки является синонимом текущей директории, а символ прямого слеша — символом разделителя в записи файловых путей. Также, следует иметь в виду, что символ доллара — это символ стандартного приглашения в консоли *nix для обычного пользователя и набирать его частью команды не нужно. В консоли Windows, символом приглашения обычно является символ угловой скобки (>).

Параметры запуска, также можно указать при запуске приложения из среды разработки QtCreator. Для этого щелкните на панели инструментов слева по значку Projects. Откроется соответствующая вкладка с настройками. В верхней части окна можно видеть иерархическую систему вкладок. Вкладки самого верхнего уровня определяют проект, так как в среде разработки могут быть открыты несколько проектов. Следующий уровень вкладок, кроме прочего, должен содержать вкладку Build&Run, которая нам нужна. В этой вкладке далее следует выбор версии Qt SDK, для случая, если вы делаете сборку проекта сразу под несколько версий. Если вы собираете проект под одну версию, то выбор будет состоять из одного элемента. Внутри виджета выбора версии Qt SDK, расположены две стилизованные кнопки с закругленными краями — кнопки Build и Run. Щелкните по кнопке Run, чтобы выбрать соответствующую группу настроек. Там, в одноименной группе параметров Run вы найдете однострочное поле ввода напротив метки Arguments. Это и есть конечная цель нашего выбора. Запишем туда следующую строку.

-style=motif

Запустите приложение. Потом попробуйте другие значения: windows и platinum. Напомним, что объект класса QApplication поддерживает список из пары десятков параметров запуска, о которых можно прочитать в справке по соответствующим конструкторам класса.

Работая над примером, познакомьтесь со справочной информацией по используемым в примере классам. Попробуйте добавить на форму другие экземпляры классов метки, однострочного поля ввода и кнопки. Кроме этого, попробуйте познакомиться со справкой и добавить на форму объекты следующих классов.

  1. QComboBox — класс выпадающего списка.
  2. QCheckBox — класс флажка (чекера).
  3. QTextEdit — класс многострочного поля ввода. Используется как для редактирования, так и для представления текста. Содержит очень богатые возможности по представлению документов за счет выделения функций специальных компоновщиков документов в отдельные классы.

В заключении урока следует заметить, что используемый способ "жесткого" размещения объектов на поле формы, через явное указание геометрии размещения не является традиционным и рекомендуемым в библиотеке классов Qt. В следующих уроках будут рассмотрены менеджеры компоновки, которые являются современными и удобными средствами размещения виджетов на форме.