Оглавление
Аннотация
Введение
1 Основные принципы работы с библиотекой Qt
1.1 Сигналы и слоты
1.2 Использование QtDesigner
1.3 Система документации
2 Создание простого приложения
2.1 Создание исходного кода проекта
2.2 Компиляция и компоновка проекта
2.3 Задание
3 Создание простого приложения в QtDesigner
3.1 Визуальное проектирование формы приложения
3.2 Описание реакций на сигналы
3.3 Сборка приложения
3.4 Задание
4 Разработка калькулятора
4.1 Исходные данные
4.2 Задание
5 Простейшие элементы ввода-вывода
5.1 Некоторые средства для ввода и вывода текста
5.2 Задание
Требования к отчету
Контрольные вопросы
Литература
Приложение A. Средство управления сборкой QMake
Приложение Б. Основные классы Qt
Основные группы классов
Классы контейнеры
Приложение В. Порядок установки Qt в ОС MS Windows
МГТУ им. Н.Э. Баумана Факультет «Информатика и Системы Управления»
Кафедра ИУ-6 «Компьютерные системы и сети»
Самарев Роман Станиславович Программирование с использованием библиотеки Qt Учебное пособие к лабораторным работам по курсу Алгоритмические языки и программирование
МОСКВА
2009 год МГТУ им. Баумана Оглавление Аннотация Учебное пособие предназначено для студентов, слушающих курс Алгоритмические языки и программирование. В работе рассмотрены основные принципы построения приложений, имеющих графический интерфейс пользователя с использованием кроссплатформенной библиотеки Qt. Рассмотрены принципы разработки графического интерфейса как с использованием так и без использования средства прототипирования QtDesigner.Настоящие пособие содержит необходимые теоретические сведения, практические рекомендации и задания для выполнения лабораторной работы по созданию простейших приложений с использованием библиотеки Qt.
Оглавление Введение Qt (произносится как «кьют») – кросс-платформенный инструментарий для разработки программного обеспечения. Этот инструментарий создан компанией Trolltech и в данный момент принадлежит компании Nokia. Qt – это совокупность кросс-платформенной библиотеки классов, реализованной на языке C++, и ряда дополнительных инструментальных средств, включающих Meta Object Compiler (MOC) – объектный предкомпилятор, User Interface Compiler (UIC) – компилятор пользовательских интерфейсов, qmake – средство управления сборкой проектов.
Поддерживаются операционные системы MS Windows, Linux, MacOS, а также встраиваемые операционные системы Embedded Linux, Windows CE, Symbian. Наиболее известными примерами разработки на Qt являются: программа-коммуникатор Skype, медииа-плеер VLC, Google Earth (см. http://qt.nokia.com/qt-in-use ), графический интерфейс пользователя KDE, применяемый в ОС Linux. На сайте http://www.qt-apps.org/ приводится база OpenSource проектов, использующих Qt.
В состав Qt входят следующие группы классов:
- классы, обеспечивающие разработку оконного графического интерфейса пользователя, включая все основные управляющие примитивы;
- классы, реализующие работу с потоками, объектами синхронизации процессов/потоков;
- классы для работы с 2-х и 3-х мерной графикой, классы реализующие поддержку некоторых графических форматов хранения;
- реализация динамических массивов в виде шаблонов C++;
- классы для работы с XML;
- и пр.
В настоящее время существует две не полностью совместимые ветви версий Qt – 3.х и 4.х. При этом ветвь 3.х сохраняется для поддержки старых программ, а разработка новых рекомендована с использованием 4.х. Кроме того, существуют OpenSource версии для разработки программ, не предназначенных для коммерческого использования (доступны на сайте http://qt.nokia.com), и коммерческие версии для разработки программ без ограничения целевого назначения.
Qt 3.x и 4.x поставляются в составе современных Linux-дистрибутивов, обеспечивая возможность разработки в интегрированных средах KDevelop, Eclipse и пр. Для ОС Windows имеются средства, позволяющие интегрировать Qt в среду разработки: uic, moc – Оглавление компиляторы и QtDesigner. При этом возможна интеграция Qt 3.x в MS Visual Studio и Qt 4.x — в MS Visual Studio 2003/2005/2008. OpenSource Qt 4.x для Windows может быть интегрирована в IDE Eclipse с подключенным компилятором mingw-gcc, а также использоваться совместно с кроссплатформенной IDE QtCreator. Библиотеки для использования могут быть откомпилированы любым компилятором C++, имеющимся в ОС, например для Windows - MS Visual С++, Borland C++, mingw-gcc.
В библиотеке реализовано автоматическое удаление объектов, являющихся элементами графического интерфейса пользователя. Механизм реализован следующим образом:
любой подобный объект Qt является потомком QObject, в состав которого входят средства хранения и позиционирования списка потомков, т.е. объектов, при создании которых этот объект указан как parent. Следовательно, при удалении корневого объекта возможно удаление всего дерева объектов-потомков.
При использовании Qt совершенно естественным является переопределение классов Qt средствами C++, что существенно упрощает код в приложениях, требующих однотипной реализации нестандартных элементов, например создание класса кнопки виртуальной клавиатуры с изменяемой надписью/рисунком на основе стандартного класса QButton.
В Qt может быть использовано кросс-платформенное средство управления сборкой проектов qmake, посредством которого из.pro-файлов генерируются файлы makefile для конкретной платформы с конкретными компиляторами и компоновщиками. Более подробно см. приложение А.
Формы с использованием классов Qt могут создаваться вручную или с использованием специального пакета QtDesigner. При создании форм вручную программист кодирует текст программы, включая по мере необходимости вызовы объектов классов Qt. При использовании QtDesigner программист графически компонует внешний вид и связи сигналов и слотов формы, а компилятор интерфейса UIC формирует из полученного описания формы код на языке C++, обеспечивающий создание этой формы.
Qt расширяет синтаксис описания классов C++ специальными средствами, обработка которых возложена на MOC. MOC обрабатывает исходный текст программы, подставляя вместо специфических конструкций реализацию заказанных свойств на С++.
Соответственно на выходе MOC получается исходный код С++.
Компиляция и сборка программы осуществляется компилятором C++ и компоновщиком, доступными в рамках платформы, где осуществляется сборка (см. рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема сборки приложения, реализованного вручную К таким средствам в частности относятся сигналы и слоты, поддержка которых для конкретного диалога также генерируется автоматически в коде отдельной программы C++.
Ключевым механизмом взаимодействия объектов в Qt являются сигналы и слоты.
Каждый объект, интегрированный в систему управления Qt, т.е. описанный как Q_OBJECT, может иметь типизированные слоты, обеспечивающие прием и обработку типизированных сигналов от других объектов, и собственные сигналы, прием которых моОглавление гут осуществлять другие объекты. Связь между сигналами и слотами конкретных объектов устанавливается посредством функции connect(…) (см. рисунок 2).
Декларация сигналов и слотов осуществляется в теле класса с помощью ключевых слов signals и slots, воспринимаемых компилятором moc. Если необходимо предотвратить использование указанных ключевых слов, встречающихся в других библиотеках, то вместо них используют ключевые слова Q_SIGNALS, Q_SLOTS.
По правилам Qt один слот может принимать несколько сигналов, а один сигнал транслироваться на несколько слотов. Причем во взаимодействии участвуют не классы, а конкретные объекты, поэтому схема передачи сигналов к слотам может быть в любой момент динамически изменена.
Следует отметить, что механизм слотов не исключает возможности использования средств наследования и полиморфизма языка C++, так что любой класс Qt может быть переопределен.
При необходимости быстрого получения результата, проведения экспериментов по размещению объектов, общей оценки интерфейса возможно использование специального редактора интерфейсов QtDesigner. QtDesigner не накладывает никаких ограничений на средства разработки, поскольку интерфейс, созданный им, в конечном счете будет преобразован компилятором uic в код программы на языке C++, обеспечивающий создание именно этого интерфейса (см. рисунок 3).
Рисунок 3 – Схема сборки приложения с формами, сделанными в QtDesigner Это позволяет также использовать QtDesigner для обучения принципам программирования Qt и размещения элементов в форме, т.к. результирующий код является доступным и использует те же классы Qt, которые необходимы при ручной разработке.
При использовании QtDesigner описание поведения, т.е. слотов, осуществляется программистом в отдельном файле. В Qt3.x такой файл имеет суффикс.ui.h, а в Qt4.x –.h.
Сформированный QtDesigner файл.ui представляет собой XML-описание диалога.
По созданному.ui – описанию user interface compiler (uic) генерирует код программы на языке C++, где создание диалога осуществляется классами Qt. В Qt3.x формируется класспотомок QWidget, в Qt4.x формируется самостоятельный код, обеспечивающий создание формы по вызову метода setupUi().
Диалоги, созданные в QtDesigner также могут подключаться в программу динамически посредством класса QFormBuilder или QWidgetFactory::create("form.ui") в Qt3.x без необходимости генерации и компиляции кода их создания на С++.
Библиотека Qt снабжена системой документации QtAssistant, реализованной единообразно для всех платформ, на которых возможна разработка с использованием этой библиотеки. Внешний вид приложения QtAssistant представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Справочная документация – приложение QtAssistant Для ОС Windows исполняемый файл системы документации имеет имя assistant.exe, по которому его можно запустить из консоли «Qt Command Prompt».
QtAssistant предоставляет возможность навигации по разделам, по индексному указателю, а также нахождения необходимой фразы, в том числе включающей имена классов и/или методов, по контексту во всех статьях документации. Документация предоставляет несколько вариантов группировки классов и функций библиотеки, что позволяет быстро найти классы для работы, например с сигналами и слотами, с графикой, классы контейнеры и пр.
Поскольку Qt поставляется в виде исходных тестов, в качестве примеров разработки могут быть использованы как эти исходные тексты, так и многочисленные примеры, входящие в комплект поставки Qt. Исходные тексты располагаются в директории …\Qt\4.x.x\src. Примеры располагаются в директориях …\Qt\4.x.x\examples и …\Qt\4.x.x\demos. В комплекте Qt SDK префикс имени директории …\Qt\4.x.x меняется на …\Qt\20xx.xx\qt\..
Документацию на русском языке можно взять на сайте http://doc.crossplatform.ru/qt/ На рисунке 5 показан внешний вид простого приложения, в котором предлагается ввести возраст с использованием одного из трех вариантов ввода:
1) непосредственного ввода числа, 2) посредством стрелок (элемент типа QSpinBox), последовательно увеличивающих или уменьшающих значение, 3) с помощью специального ползунка (слайдера – элемент типа QSlider).
Кроме того, задано верхнее ограничение вводимого возраста, что должно быть корректно отработано слайдером в крайних положениях, а изменение значения любым способом должно синхронизировать его положение.
Создадим директорию ex1, в которую запишем файл ex1.cpp, содержащий следующий код. Для этого можно воспользоваться любым текстовым редактором, например Блокнот или Notepad.
#include #include #include #include #include #include #include // Преобразуем входную последовательность символов в кодировку UNICODE #define RUS( str ) codec->toUnicode(str) int main(int argc, char *argv[]) QApplication app(argc, argv);
// Обеспечиваем перекодировку русских букв из кодировки, // в которой написана программа.
// "Windows-1251" - для Windows, "KOI8-R" - Linux и т.д.
QTextCodec * codec = QTextCodec::codecForName("Windows-1251");
// Создаем главное окно QWidget *hbox = new QWidget();
hbox->setWindowTitle( RUS("Введите Ваш Возраст") );
QSpinBox *spinBox = new QSpinBox( hbox );
QSlider *slider = new QSlider(Qt::Horizontal, hbox );
spinBox->setRange(0, 130);
slider->setRange(0, 130);
spinBox->setValue(35);
QPushButton * btn = new QPushButton( RUS("Завершение"), hbox );
//*************************************************************************** QHBoxLayout *layout = new QHBoxLayout; // выравнивание по горизонтали //QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout; // выравнивание по вертикали layout->setContentsMargins(5,5,5,5); // устанавливаем внешние границы layout->setSpacing(5); // устанавливаем интервал элементов внутри hbox->setLayout(layout); // связываем layout с hbox // устанавливаем порядок следования элементов layout->addWidget(spinBox);
layout->addWidget(slider);
layout->addWidget(btn);
//*************************************************************************** // связываем сигнал изменения spinBox со слотом slider QObject::connect(spinBox, SIGNAL(valueChanged(int)), slider, SLOT(setValue(int)));
// связываем сигнал изменения slider со слотом spinBox QObject::connect(slider, SIGNAL(valueChanged(int)), spinBox, SLOT(setValue(int)));
// связываем сигнал нажатия btn со слотом close главного окна QObject::connect(btn, SIGNAL(clicked(bool)), hbox, SLOT(close()));
return app.exec(); // запускаем цикл обработки сообщений В приведенной программе объект типа QApplication обеспечивает управление всеми ресурсами приложения, а также обработку событий, поступающих от операционной системы.
По терминологии UNIX и Qt, визуальные объекты – элементы графического интерфейса пользователя называются виджетами (widget – window gadget) и являются потомками класса QWidget. Любой из них может стать главным окном или быть использован другим виджетом, выполняющим роль контейнера. В представленном выше примере виджет hbox назначается главным окном, а его отображение обеспечивается вызовом функции hbox->show(). В главном окне (виджете) размещено три подчиненных виджета – объекты spinBox и slider типов QSpinBox и QSlider, а также btn типа QPushButton (кнопка). Для каждого виджета может быть выбрана одна схема размещения подчиненных виджетов (Layout). В частности для hbox используем схему горизонтального выравнивания QHBoxLayout * layout. Связывание главного виджета со схемой размещения выполняется вызовом hbox->setLayout(layout). Подчиненные виджеты будут отображены в порядке их добавления (вызовы layout->addWidget).
Следующие вызовы обеспечат связывание сигналов valueChanged() объектов spinBox, slider таким образом, чтобы изменение любого из них приводило к изменению другого.
QObject::connect(spinBox, SIGNAL(valueChanged(int)), slider, SLOT(setValue(int)));
QObject::connect(slider, SIGNAL(valueChanged(int)), spinBox, SLOT(setValue(int)));
Связывание сигнала clicked() объекта btn со слотом close() главного окна приведет к тому, что по нажатию на эту кнопку, окно hbox будет закрыто.
QObject::connect(btn, SIGNAL(clicked(bool)), hbox, SLOT(close()));
После того, как cpp-файл с текстом программы создан, необходимо создать qmakeпроект для её сборки. Для использования средств разработки, необходимо, чтобы переменные среды окружения, указывающие местоположение и тип компилятора, который будет использован при сборке Qt-проектов, были правильно определены. Во избежание проблем при наличии нескольких сред разработки на одном компьютере в состав Qt входит пакетный файл …\Qt\4.x.x\bin\qtvars.bat, определяющий правильные значения переменных окружения. При использовании комплекта Qt SDK директория библиотека будет размещена в директории …\Qt\20xx.xx\qt\, а пакетный файл, определяющий системные переменные будет называться …\Qt\20xx.xx\bin\qtenv.bat.
В данной лабораторной работе с использованием ОС MS Windows работу с проектом будем осуществлять в консольном режиме. Для перехода в этот режим выбираем меню Пуск/Qt by Nokia v4.6.0 (VS2008 OpenSource)/Qt Command Prompt или Пуск/Qt SDK by Nokia v2009.05 (open source)/ Qt Command Prompt.
Затем устанавливаем текущей ту директорию, в которой находится cpp-файл программы. Для этого используем команду изменения директории cd Имя_директории.
Для создания файла-проекта, включающего файлы текущей директории, воспользуемся специальной командой qmake -project.
В текущей директории должен появиться файл ex1.pro. Содержимое этого файла определяет характеристики процесса сборки исполняемого файла из файлов проекта.
Файл отредактируем следующим образом:
CONFIG += release # имя поддиректории для исполняемого файла SOURCES = ex1.cpp # имя исходного файла программы Запускаем qmake ex1.pro, который на базе файла ex1.pro сформирует файл Makefile, определяющий фактический порядок сборки программы, положение компилятора и необходимых библиотек.
После того, как в текущей директории появился файл Makefile, вводим команду nmake (mingw32-make или make в зависимости от компилятора и при их наличии в текущей версии Qt).
Результат сборки программы – файл ex1.exe.
В процессе работы ex1.exe могут потребоваться динамические библиотеки QtCore4.dll и QtGui4.dll, которые должны находиться в путях автовызова, устанавливаемых системной переменной Path, или быть скопированы в директорию запуска приложения ex1.exe.
Замените в программе схему выравнивания QHBoxLayout на QVBoxLayout и зафиксируйте результат.
Рассмотрим разработку прототипов диалогов в QtDesigner. В предыдущем задании были показаны простейшие способы выравнивания виджетов. QtDesigner, помимо разнообразных виджетов, позволяет использовать так называемые менеджеры компоновки, работа с которыми и будет рассмотрена в данном задании.
В MS Windows исполняемый файл QtDesigner называется designer.exe и может быть запущен из консоли «Qt Command Prompt» по своему имени designer или через меню Пуск/Qt SDK by Nokia v.../Tools/Qt Designer. Qt Designer входит в любой комплект Qt, однако в комплекте Qt SDK может не иметь ярлыка, доступного из меню «Пуск», так как его функции в Qt SDK дублирует QtCreator. В этом случае можно непосредственно запустить программу c:\Qt\xx\qt\bin\designer.exe.
3.1 Визуальное проектирование формы приложения После запуска QtDesigner появится окно, показанное на рисунке 6. В качестве примера приложения создадим диалог без кнопок по шаблону «Dialog without Buttons».
После выбора шаблона появится форма, показанная на рисунке 7. Изменим название диалога посредством редактирования свойства objectName=DialogEx2 в правой колонОглавление ке QtDesigner. Далее необходимо сохранить форму на диске. Для этого выберите команду меню File/Save и в директории, в которой будет находиться программа, сохраните форму под именем ex2.ui.
Разместим на форме элементы так, как показано на рисунке 8. Для того, чтобы поместить конкретный элемент из левой колонки, необходимо «перетащить» его мышью на форму. На этом этапе не следует стремиться ровно размещать элементы.
QtDesigner включает средство проверки полученного результата. Строго говоря, подобное средство есть и у программиста, что позволяет в своей программе динамически загружать формы, созданные в QtDesigner, однако данный пример иллюстрирует статическое подключение формы. Режим просмотра Preview может быть активирован нажатием комбинации клавиш Ctrl+R (см. рисунок 9), а также через меню Form/Preview или Form/Preview in/…style.
Вызовите режим просмотра и попробуйте изменить размер формы. Должно получиться что-то похожее на рисунок 10, где границы окна закрывают графические элементы.
Ясно, что в реальной программе это недопустимо. Воспользуемся так называемым менеджером компоновки (который использует средства выравнивания, рассмотренные в первом задании – классы с суффиксами Layout). Выделите пару элементов QSpinBox и QDial, после чего нажмите кнопку вертикального выравнивания элементов. Далее выделите пару элементов QLabel – QPushButton и нажмите кнопку горизонтального выравнивания. Для элемента QTextEdit образуем пару с ранее скомпонованными QSpinBox-QDial, используя кнопку горизонтального выравнивания. В заключение, для всей формы (при этом не выделен ни один элемент) определяем вертикальное выравнивание элементов.
Рисунок 10 – Добавление схемы выравнивания в форму ex В итоге должны получить форму, похожую на рисунок 11.
Включаем режим Preview и пытаемся изменить размеры формы. Форма должна деформироваться подобно рисунку 12, однако сейчас уже не происходит наложение границ формы на внутренние элементы.
Изменим форму таким образом, чтобы надпись всегда находилась рядом с кнопкой, а элемент QSpinBox не был прижат к ней. Для этого необходимо перетащить элементы, изображенные пружинами, называемые Horizontal Spacer и Vertical Spacer, соответственно. Перед их размещением на форме необходимо разрушить компоновку, нажав комбинацию клавиш Ctrl-0 (Break Layout) и провести компоновку так, как показано на рисунке 13.
Проверяем результат в режиме просмотра. На рисунке 14 показан примерный вид формы при изменении её линейных размеров.
Рисунок 14 – Изменение размеров формы ex2 в окончательном варианте Следующим шагом является добавление реакций на действия. QtDesigner имеет четыре режима работы с формой:
«