目錄
- 一、概述
- 1.1 背景介紹：從UI到邏輯
- 1.2 學習模式：Qt控制臺應用
- 二、C++語法快速入門
- 2.1 變量、數據類型與注釋
- 2.2 函數與代碼封裝
- 2.3 循環與容器：批量處理
- 三、面向對象編程：封裝數據與行為
- 四、Qt的核心擴展：信號與槽通信
- 五、總結與展望
一、概述
1.1 背景介紹：從UI到邏輯
在上一篇文章中，我們成功搭建了開發環境，并為“AI螺絲瑕疵檢測系統”創建了一個專業、美觀的項目骨架。一個軟件的UI（用戶界面）是它的“面孔”，負責與用戶交互；而其C++后端則是它的“大腦”和“骨骼”，負責處理數據、執行復雜邏輯并與硬件通信。
本篇文章的核心任務，就是構建這個強大的“大腦”和“骨骼”。我們將深入C++的世界，但會聚焦于在Qt開發中最常用、最核心的部分。通過本篇的學習，讀者將掌握創建后端邏輯、組織代碼以及實現對象間通信的基本功，為后續集成真正的視覺算法和硬件交互打下堅實的語言基礎。
1.2 學習模式：Qt控制臺應用
為了讓讀者能專注于C++語法本身，暫時不受QML圖形界面的干擾，本章的所有示例都將以**Qt控制臺應用程序（Qt Console Application）**的形式呈現。這是一種沒有圖形界面的、純粹在命令行輸出信息的程序，是學習和驗證后端邏輯的絕佳工具。
二、C++語法快速入門
本節面向C++初學者，旨在通過可直接運行的、獨立的控制臺程序，快速介紹后續章節將會頻繁使用的基本語法元素。
2.1 變量、數據類型與注釋
【例2-1】 產品信息存儲與顯示。
變量是程序中用于存儲數據的基本單元，可以將其看作是內存中一個帶標簽的盒子。數據類型則定義了這個“盒子”能裝什么類型的東西（如整數、小數、字符串等）以及能對它進行哪些操作。在C++中，定義任何變量都必須首先聲明其數據類型。注釋用于解釋代碼，不會被編譯器執行。
(1) 基本數據類型: int(整數), double(雙精度浮點數), bool(布爾值, true或false)。
(2) Qt常用數據類型: QString(字符串)。在Qt開發中, 推薦使用QString而非C++標準庫的std::string,因為它提供了更豐富的功能和更好的Unicode支持。
(3) 注釋: 單行注釋以//開始，多行注釋以/*開始，以*/結束。
使用 Qt Creator 創建一個Qt Console Application程序Demo_2_1_Variables。項目創建完成后，打開main.cpp，修改代碼如下:
#include <QCoreApplication>
#include <QDebug> // 包含Qt的調試輸出頭文件
#include <QString> // 包含Qt的字符串類頭文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// --- 變量定義與初始化 ---int screwCount = 100;double diameter = 5.02;bool isQualified = true;QString batchNumber = "SN20250715-B";// --- 使用qDebug()進行控制臺輸出 ---qDebug() << "開始進行產品信息檢查...";qDebug() << "螺絲數量:" << screwCount << "個";qDebug() << "產品直徑:" << diameter << "mm";qDebug() << "質量狀態:" << isQualified;qDebug() << "生產批號:" << batchNumber;qDebug() << "檢查完畢。";return a.exec();
}
單擊 Qt Creator 左下角的綠色“運行”按鈕。在下方的“應用程序輸出”窗口，可以看到如下結果:
開始進行產品信息檢查...
螺絲數量: 100 個
產品直徑: 5.02 mm
質量狀態: true
生產批號: "SN20250715-B"
檢查完畢。
關鍵代碼分析:
(1) #include <QDebug>: 要使用qDebug()，必須包含此頭文件。
(2) #include <QString>: QString是Qt中處理文本的專用類，功能強大，完美支持Unicode（包括中文），是Qt開發的首選字符串類型。
(3) 變量定義: 數據類型 variableName = initialValue;是C++定義變量的基本格式。變量名通常使用小駝峰命名法（camelCase）。
(4) qDebug() << ...: 這是qDebug的鏈式調用語法。它會自動在每個<<分隔的變量之間加上空格，并在最后輸出一個換行符，非常便捷。
2.2 函數與代碼封裝
【例2-2】 封裝尺寸檢查邏輯。
函數是一段被命名、可重復使用的代碼塊，用于執行一個特定的任務。隨著程序邏輯變得復雜，將不同功能的代碼組織成獨立的函數，可以極大地提高程序的可讀性、可維護性和代碼的復用性。一個函數通常有輸入（參數）和輸出（返回值）。
使用 Qt Creator 創建一個Qt Console Application程序Demo_2_2_Functions。項目創建完成后，打開main.cpp，修改代碼如下：
#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>// --- 函數定義 ---
// 這個函數接收一個double類型的參數(parameter)，沒有返回值(void)
// 它的作用是封裝了完整的尺寸檢查邏輯
void checkScrewDiameter(double diameterToTest)
{qDebug() << "--- 開始檢查直徑:" << diameterToTest << "mm ---";const double standardDiameter = 5.0;const double tolerance = 0.05;if (diameterToTest > standardDiameter + tolerance) {qDebug() << "判定結果: 不合格，直徑過大。";} else if (diameterToTest < standardDiameter - tolerance) {qDebug() << "判定結果: 不合格，直徑過小。";} else {qDebug() << "判定結果: 合格，尺寸在公差范圍內。";}qDebug() << "--- 檢查結束 ---" << Qt::endl; // Qt::endl顯式地換行
}int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// --- 函數調用 ---// 通過函數名和傳遞相應的參數來執行函數中的代碼checkScrewDiameter(5.08); // 調用函數，檢查一個過大的螺絲checkScrewDiameter(4.93); // 調用函數，檢查一個過小的螺絲checkScrewDiameter(5.01); // 調用函數，檢查一個合格的螺絲return a.exec();
}
單擊 Qt Creator 左下角的綠色“運行”按鈕，可以看到如下結果:
--- 開始檢查直徑: 5.08 mm ---
判定結果: 不合格，直徑過大。
--- 檢查結束 ------ 開始檢查直徑: 4.93 mm ---
判定結果: 不合格，直徑過小。
--- 檢查結束 ------ 開始檢查直徑: 5.01 mm ---
判定結果: 合格，尺寸在公差范圍內。
--- 檢查結束 ---
關鍵代碼分析:
(1) 函數定義: “返回值類型 函數名(參數類型1 參數名1, ...)”是定義函數的基本形式。void是一種特殊的返回類型，表示該函數執行完畢后不返回任何值。
(2) 函數參數: double diameterToTest是函數的形式參數（形參），它是在函數定義時聲明的，作為函數內部的一個局部變量來接收外部傳入的數據。
(3) 函數調用: checkScrewDiameter(5.08)是在main函數中調用已定義的函數。5.08是實際參數（實參），在調用發生時，它的值會被復制一份并傳遞給函數中的形參diameterToTest。
(4) const關鍵字: const double standardDiameter = 5.0; const表示standardDiameter是一個常量，其值在程序運行期間不能被修改。對于程序中固定不變的數值（如標準、公差），使用常量是一種推薦的編程實踐，可以防止意外修改并提高代碼的可讀性。
2.3 循環與容器：批量處理
【例2-3】 批量質檢一批產品。
循環是一種控制結構，它允許一段代碼根據設定的條件重復執行多次。容器則是一種特殊的對象，專門用于存儲和管理一組數據集合。當需要對一個集合中的所有元素執行相同操作時（例如，檢查流水線上的一整批產品），將循環與容器結合使用，可以實現高效的自動化處理。
使用 Qt Creator 創建一個Qt Console Application程序Demo_2_3_LoopsAndContainers。項目創建完成后，打開main.cpp，修改代碼如下：
#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include <QVector> // 包含QVector容器的頭文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 創建一個QVector容器，用于存放一批待檢測的螺絲直徑QVector<double> diameterBatch;diameterBatch.append(5.01); // 使用append()方法向容器末尾添加元素diameterBatch.append(4.98);diameterBatch.append(5.09); // 這個不合格diameterBatch.append(4.92); // 這個也不合格diameterBatch.append(5.04);qDebug() << "流水線來了一批產品，共" << diameterBatch.size() << "個，開始質檢...";int qualifiedCount = 0;// 使用for循環遍歷QVector中的每一個元素for (int i = 0; i < diameterBatch.size(); ++i) {double currentDiameter = diameterBatch[i]; // 使用索引[i]訪問容器中的元素bool isCurrentQualified = (currentDiameter >= 4.95 && currentDiameter <= 5.05);if (isCurrentQualified) {qDebug() << "第" << i + 1 << "個螺絲，直徑" << currentDiameter << "mm, 合格。";qualifiedCount++;} else {qDebug() << "第" << i + 1 << "個螺絲，直徑" << currentDiameter << "mm, 不合格！";}}qDebug() << "質檢完成。合格數量:" << qualifiedCount;return a.exec();
}
單擊 Qt Creator 左下角的綠色“運行”按鈕，可以看到如下結果:
流水線來了一批產品，共 5 個，開始質檢...
第 1 個螺絲，直徑 5.01 mm, 合格。
第 2 個螺絲，直徑 4.98 mm, 合格。
第 3 個螺絲，直徑 5.09 mm, 不合格！
第 4 個螺絲，直徑 4.92 mm, 不合格！
第 5 個螺絲，直徑 5.04 mm, 合格。
質檢完成。合格數量: 3
關鍵代碼分析:
(1) #include <QVector>: QVector是Qt提供的一個模板容器類，功能類似于一個可以動態調整大小的數組。要使用它，必須包含此頭文件。
(2) QVector<double>: 定義了一個專門用于存放double類型數據的QVector容器。尖括號< >中的類型指定了容器內所有元素的類型。
(3) append(): 這是QVector的成員函數，用于在容器的末尾追加一個新元素。
(4) size(): 這是QVector的成員函數，用于獲取容器中當前存儲的元素總數。
(5) for循環結構: for(int i = 0; i < diameterBatch.size(); ++i)是最經典的for循環結構。它包含三個部分，由分號隔開：
- 初始化:
int i = 0，創建一個循環計數器i并賦初值為0。 - 循環條件:
i < diameterBatch.size()，每次循環開始前檢查此條件，若為真則執行循環體，否則退出循環。 - 迭代表達式:
++i，每次循環體執行完畢后執行此操作，使計數器加1。
(6) 元素訪問:diameterBatch[i]，通過方括號和索引i(從0開始)來訪問QVector容器中的具體元素。
(7)&&運算符:(currentDiameter >= 4.95 && currentDiameter <= 5.05)中的&&是邏輯“與”運算符，它表示其兩側的條件必須同時為真，整個表達式的結果才為真。
三、面向對象編程：封裝數據與行為
當程序邏輯變得復雜時，使用零散的變量和函數來管理會變得混亂。面向對象編程（Object-Oriented Programming, OOP）提供了一種更高級的組織方式，其核心就是類（Class）。
【核心概念：數據與行為的統一體】
類是創建對象的“藍圖”。它將描述某個事物的數據（稱為屬性或成員變量）和能對這些數據進行的操作（稱為方法或成員函數）封裝（Encapsulation）在一起。通過類，可以創建出具體的對象（Object），每個對象都是一個獨立、完整的實體，極大地提高了代碼的結構化程度。
【例2-4】 創建一個螺絲計數器類。
1. 創建項目與類文件
- 新建一個名為
Demo_2_4_Classes的Qt控制臺項目。 - 在Qt Creator中，右鍵點擊項目名稱，選擇
添加新文件...->C++->C++ Class，類名輸入SimpleCounter，基類保持默認的無，完成向導。Qt Creator會自動創建simplecounter.h和simplecounter.cpp。
2. 編寫代碼 (simplecounter.h)
#ifndef SIMPLECOUNTER_H
#define SIMPLECOUNTER_H// 類的聲明
class SimpleCounter
{
public:// 構造函數：在創建對象時自動調用，用于初始化SimpleCounter();// 公有(public)成員函數: 外部代碼可以直接調用void increment(); // 計數加一void clear(); // 計數清零int getCount() const; // 獲取當前計數值private:// 私有(private)成員變量: 外部代碼無法直接訪問，實現了封裝和保護int m_count;
};#endif // SIMPLECOUNTER_H
3. 編寫代碼 (simplecounter.cpp)
#include "simplecounter.h"// 構造函數的實現
SimpleCounter::SimpleCounter()
{// 在這里進行初始化工作m_count = 0;
}// 成員函數的實現
void SimpleCounter::increment()
{m_count++;
}void SimpleCounter::clear()
{m_count = 0;
}// const關鍵字表示這個函數不會修改類的任何成員變量
int SimpleCounter::getCount() const
{return m_count;
}
4. 編寫代碼 (main.cpp)
#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include "simplecounter.h" // 包含我們自己定義的類的頭文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);qDebug() << "創建兩個計數器: 合格品計數器和次品計數器";// 從SimpleCounter類創建兩個具體的對象SimpleCounter qualifiedCounter;SimpleCounter defectiveCounter;// 模擬生產過程qDebug() << "生產了3個合格品...";qualifiedCounter.increment();qualifiedCounter.increment();qualifiedCounter.increment();qDebug() << "生產了1個次品...";defectiveCounter.increment();// 通過公有方法獲取內部的計數值并打印qDebug() << "當前合格品數量:" << qualifiedCounter.getCount();qDebug() << "當前次品數量:" << defectiveCounter.getCount();return a.exec();
}
5. 運行結果
創建兩個計數器: 合格品計數器和次品計數器
生產了3個合格品...
生產了1個次品...
當前合格品數量: 3
當前次品數量: 1
關鍵代碼分析:
(1) 頭文件(.h)與源文件(.cpp): 在C++中，類的聲明（它有什么）通常放在頭文件中，而成員函數的具體實現（它怎么做）放在源文件中。這是一種代碼組織規范。
(2) public: 與 private:: 這是訪問說明符。public部分是類的對外接口，任何代碼都可以訪問。private部分是類的內部實現，只有該類的成員函數才能訪問，外部代碼無法直接觸及。這體現了封裝的思想，保護了內部數據的安全性。
(3) 構造函數: SimpleCounter()是一個特殊的成員函數，它沒有返回類型，且函數名與類名完全相同。在創建類的對象時（如SimpleCounter qualifiedCounter;），構造函數會被自動調用，是執行初始化操作的最佳位置。
(4) SimpleCounter::: ::是作用域解析運算符。在.cpp文件中，它用于指明一個函數實現是屬于哪個類的。
四、Qt的核心擴展：信號與槽通信
【核心概念：Qt的靈魂機制】
在圖形界面程序中，一個對象的狀態改變（如按鈕被點擊）常常需要通知其他多個對象。如果使用直接函數調用的方式，對象之間會產生緊密的依賴關系（耦合），不利于程序的維護和擴展。
為此，Qt引入了其最核心、最強大的創新之一：信號與槽（Signals and Slots）。
- 信號（Signal）: 當對象內部狀態發生改變時，由該對象發射(emit)出去的一種“廣播”或“通知”。它只負責發出通知，不關心誰會收到。
- 槽（Slot）: 一個普通的成員函數，用于接收并處理某個信號。
通過connect函數，可以將一個對象的信號與另一個（或同一個）對象的槽連接起來。當信號被發射時，所有與之連接的槽函數就會被自動調用。這種機制使得信號的發送方和接收方可以互不知道對方的存在，實現了完美的解耦。
要讓一個類支持信號與槽，必須：
- 公有繼承自
QObject。 - 在類聲明的私有區頂部添加
Q_OBJECT宏。
【例2-5】 工作者完成任務后通知管理者。
1. 創建項目與類文件
- 新建一個名為
Demo_2_5_SignalsAndSlots的Qt控制臺項目。 - 分別添加
Worker和Manager兩個C++類，注意它們的基類都要選擇QObject。
2. 編寫代碼 (worker.h & worker.cpp)
// worker.h
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H
#include <QObject>
#include <QString>class Worker : public QObject
{Q_OBJECT // 必須添加此宏以支持信號與槽
public:explicit Worker(QObject *parent = nullptr);void doWork(); // 模擬執行一個任務
signals:// 信號只需要聲明，無需實現。在signals關鍵字下聲明void workFinished(const QString &result);
};
#endif // WORKER_H// worker.cpp
#include "worker.h"
#include <QDebug>
#include <QThread>Worker::Worker(QObject *parent) : QObject(parent) {}
void Worker::doWork()
{qDebug() << "[工作者] 開始執行耗時任務...";QThread::sleep(2); // 模擬耗時2秒QString result = "所有螺絲檢測完畢";qDebug() << "[工作者] 任務完成，準備發射信號...";emit workFinished(result); // 使用emit關鍵字發射信號
}
3. 編寫代碼 (manager.h & manager.cpp)
// manager.h
#ifndef MANAGER_H
#define MANAGER_H
#include <QObject>
#include <QString>class Manager : public QObject
{Q_OBJECT
public:explicit Manager(QObject *parent = nullptr);
public slots:// 槽函數聲明在 public slots: 區域void onWorkFinished(const QString &result);
};
#endif // MANAGER_H// manager.cpp
#include "manager.h"
#include <QDebug>Manager::Manager(QObject *parent) : QObject(parent) {}void Manager::onWorkFinished(const QString &result)
{qDebug() << "[管理者] 收到信號，槽函數被調用！";qDebug() << " > 結果:" << result;
}
4. 編寫代碼 (main.cpp)
#include <QCoreApplication>
#include "worker.h"
#include "manager.h"
#include <QDebug>int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);Worker worker;Manager manager;// --- 信號與槽的連接 ---QObject::connect(&worker, &Worker::workFinished,&manager, &Manager::onWorkFinished);qDebug() << "[主程序] 命令工作者開始工作。";worker.doWork(); // 調用此函數將最終導致信號被發射return a.exec();
}
5. 運行結果
[主程序] 命令工作者開始工作。
[工作者] 開始執行耗時任務...
[工作者] 任務完成，準備發射信號...
[管理者] 收到信號，槽函數被調用！> 結果: "所有螺絲檢測完畢"
關鍵代碼分析:
(1) QObject與Q_OBJECT: Worker和Manager都繼承自QObject，并在類聲明中包含了Q_OBJECT宏，這是使用信號槽的前提。Qt的MOC（元對象編譯器）會預處理這個宏，生成支持信號槽所需的額外代碼。
(2) signals:: 用于聲明信號函數。信號函數沒有函數體，其返回值類型通常是void。
(3) emit: 這是一個空宏，在代碼中用于標記一個信號的發射。當執行到emit workFinished(...)時，Qt的元對象系統會接管，并調用所有與workFinished信號連接的槽。
(4) public slots:: 用于聲明槽函數。槽函數的本質是一個普通的成員函數，可以有自己的參數和實現。
(5) QObject::connect(...): 這是建立連接的核心函數。其最常用的形式是：
connect(信號發送者地址, &發送者類::信號名, 信號接收者地址, &接收者類::槽函數名);
這種寫法在編譯時就會進行類型檢查，如果信號和槽的參數不匹配，或者函數名寫錯，編譯器會直接報錯，非常安全。
五、總結與展望
在本篇文章中，我們不僅復習了C++的基礎語法，更深入探討了面向對象編程的核心——類與對象，以及Qt框架的靈魂——信號與槽機制。這些是構建任何復雜、可維護的Qt應用程序都不可或缺的知識。
現在，我們已經具備了用C++構建結構化、可交互的后端邏輯的能力。在下一篇文章**【《使用Qt Quick從零構建AI螺絲瑕疵檢測系統》——3. QML入門：像搭積木一樣構建UI】**中，我們將把目光轉向用戶界面，開始探索QML的精彩世界，學習如何為我們的C++后端打造一個現代化的“面孔”。
)
 Part.1)
