《使用Qt Quick从零构建AI螺丝瑕疵检测系统》——2. C++基础：构建程序的坚实骨架

目录

  • 一、概述
    • 1.1 背景介绍：从UI到逻辑
    • 1.2 学习模式：Qt控制台应用
  • 二、C++语法快速入门
    • 2.1 变量、数据类型与注释
    • 2.2 函数与代码封装
    • 2.3 循环与容器：批量处理
  • 三、面向对象编程：封装数据与行为
  • 四、Qt的核心扩展：信号与槽通信
  • 五、总结与展望

一、概述

1.1 背景介绍：从UI到逻辑

在上一篇文章中，我们成功搭建了开发环境，并为“AI螺丝瑕疵检测系统”创建了一个专业、美观的项目骨架。一个软件的UI（用户界面）是它的“面孔”，负责与用户交互；而其C++后端则是它的“大脑”和“骨骼”，负责处理数据、执行复杂逻辑并与硬件通信。

本篇文章的核心任务，就是构建这个强大的“大脑”和“骨骼”。我们将深入C++的世界，但会聚焦于在Qt开发中最常用、最核心的部分。通过本篇的学习，读者将掌握创建后端逻辑、组织代码以及实现对象间通信的基本功，为后续集成真正的视觉算法和硬件交互打下坚实的语言基础。

1.2 学习模式：Qt控制台应用

为了让读者能专注于C++语法本身，暂时不受QML图形界面的干扰，本章的所有示例都将以**Qt控制台应用程序（Qt Console Application）**的形式呈现。这是一种没有图形界面的、纯粹在命令行输出信息的程序，是学习和验证后端逻辑的绝佳工具。
在这里插入图片描述

二、C++语法快速入门

本节面向C++初学者，旨在通过可直接运行的、独立的控制台程序，快速介绍后续章节将会频繁使用的基本语法元素。

2.1 变量、数据类型与注释

【例2-1】 产品信息存储与显示。

变量是程序中用于存储数据的基本单元，可以将其看作是内存中一个带标签的盒子。数据类型则定义了这个“盒子”能装什么类型的东西（如整数、小数、字符串等）以及能对它进行哪些操作。在C++中，定义任何变量都必须首先声明其数据类型。注释用于解释代码，不会被编译器执行。

(1) 基本数据类型: int(整数), double(双精度浮点数), bool(布尔值, true或false)。
(2) Qt常用数据类型: QString(字符串)。在Qt开发中, 推荐使用QString而非C++标准库的std::string,因为它提供了更丰富的功能和更好的Unicode支持。
(3) 注释: 单行注释以//开始，多行注释以/*开始，以*/结束。

使用 Qt Creator 创建一个Qt Console Application程序Demo_2_1_Variables。项目创建完成后，打开main.cpp，修改代码如下:

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>       // 包含Qt的调试输出头文件
#include <QString>      // 包含Qt的字符串类头文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// --- 变量定义与初始化 ---int screwCount = 100;double diameter = 5.02;bool isQualified = true;QString batchNumber = "SN20250715-B";// --- 使用qDebug()进行控制台输出 ---qDebug() << "开始进行产品信息检查...";qDebug() << "螺丝数量:" << screwCount << "个";qDebug() << "产品直径:" << diameter << "mm";qDebug() << "质量状态:" << isQualified;qDebug() << "生产批号:" << batchNumber;qDebug() << "检查完毕。";return a.exec();
}

单击 Qt Creator 左下角的绿色“运行”按钮。在下方的“应用程序输出”窗口，可以看到如下结果:

开始进行产品信息检查...
螺丝数量: 100 个
产品直径: 5.02 mm
质量状态: true
生产批号: "SN20250715-B"
检查完毕。

关键代码分析:
(1) #include <QDebug>: 要使用qDebug()，必须包含此头文件。
(2) #include <QString>: QString是Qt中处理文本的专用类，功能强大，完美支持Unicode（包括中文），是Qt开发的首选字符串类型。
(3) 变量定义: 数据类型 variableName = initialValue;是C++定义变量的基本格式。变量名通常使用小驼峰命名法（camelCase）。
(4) qDebug() << ...: 这是qDebug的链式调用语法。它会自动在每个<<分隔的变量之间加上空格，并在最后输出一个换行符，非常便捷。

2.2 函数与代码封装

【例2-2】 封装尺寸检查逻辑。

函数是一段被命名、可重复使用的代码块，用于执行一个特定的任务。随着程序逻辑变得复杂，将不同功能的代码组织成独立的函数，可以极大地提高程序的可读性、可维护性和代码的复用性。一个函数通常有输入（参数）和输出（返回值）。

使用 Qt Creator 创建一个Qt Console Application程序Demo_2_2_Functions。项目创建完成后，打开main.cpp，修改代码如下：

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>// --- 函数定义 ---
// 这个函数接收一个double类型的参数(parameter)，没有返回值(void)
// 它的作用是封装了完整的尺寸检查逻辑
void checkScrewDiameter(double diameterToTest)
{qDebug() << "--- 开始检查直径:" << diameterToTest << "mm ---";const double standardDiameter = 5.0;const double tolerance = 0.05;if (diameterToTest > standardDiameter + tolerance) {qDebug() << "判定结果: 不合格，直径过大。";} else if (diameterToTest < standardDiameter - tolerance) {qDebug() << "判定结果: 不合格，直径过小。";} else {qDebug() << "判定结果: 合格，尺寸在公差范围内。";}qDebug() << "--- 检查结束 ---" << Qt::endl; // Qt::endl显式地换行
}int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// --- 函数调用 ---// 通过函数名和传递相应的参数来执行函数中的代码checkScrewDiameter(5.08); // 调用函数，检查一个过大的螺丝checkScrewDiameter(4.93); // 调用函数，检查一个过小的螺丝checkScrewDiameter(5.01); // 调用函数，检查一个合格的螺丝return a.exec();
}

单击 Qt Creator 左下角的绿色“运行”按钮，可以看到如下结果:

--- 开始检查直径: 5.08 mm ---
判定结果: 不合格，直径过大。      
--- 检查结束 ------ 开始检查直径: 4.93 mm ---     
判定结果: 不合格，直径过小。      
--- 检查结束 ------ 开始检查直径: 5.01 mm ---     
判定结果: 合格，尺寸在公差范围内。
--- 检查结束 ---

关键代码分析:
(1) 函数定义: “返回值类型 函数名(参数类型1 参数名1, ...)”是定义函数的基本形式。void是一种特殊的返回类型，表示该函数执行完毕后不返回任何值。
(2) 函数参数: double diameterToTest是函数的形式参数（形参），它是在函数定义时声明的，作为函数内部的一个局部变量来接收外部传入的数据。
(3) 函数调用: checkScrewDiameter(5.08)是在main函数中调用已定义的函数。5.08是实际参数（实参），在调用发生时，它的值会被复制一份并传递给函数中的形参diameterToTest。
(4) const关键字: const double standardDiameter = 5.0; const表示standardDiameter是一个常量，其值在程序运行期间不能被修改。对于程序中固定不变的数值（如标准、公差），使用常量是一种推荐的编程实践，可以防止意外修改并提高代码的可读性。

2.3 循环与容器：批量处理

【例2-3】 批量质检一批产品。

循环是一种控制结构，它允许一段代码根据设定的条件重复执行多次。容器则是一种特殊的对象，专门用于存储和管理一组数据集合。当需要对一个集合中的所有元素执行相同操作时（例如，检查流水线上的一整批产品），将循环与容器结合使用，可以实现高效的自动化处理。

使用 Qt Creator 创建一个Qt Console Application程序Demo_2_3_LoopsAndContainers。项目创建完成后，打开main.cpp，修改代码如下：

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include <QVector> // 包含QVector容器的头文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 创建一个QVector容器，用于存放一批待检测的螺丝直径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); // 这个不合格diameterBatch.append(4.92); // 这个也不合格diameterBatch.append(5.04);qDebug() << "流水线来了一批产品，共" << diameterBatch.size() << "个，开始质检...";int qualifiedCount = 0;// 使用for循环遍历QVector中的每一个元素for (int i = 0; i < diameterBatch.size(); ++i) {double currentDiameter = diameterBatch[i]; // 使用索引[i]访问容器中的元素bool isCurrentQualified = (currentDiameter >= 4.95 && currentDiameter <= 5.05);if (isCurrentQualified) {qDebug() << "第" << i + 1 << "个螺丝，直径" << currentDiameter << "mm, 合格。";qualifiedCount++;} else {qDebug() << "第" << i + 1 << "个螺丝，直径" << currentDiameter << "mm, 不合格！";}}qDebug() << "质检完成。合格数量:" << qualifiedCount;return a.exec();
}

单击 Qt Creator 左下角的绿色“运行”按钮，可以看到如下结果:

流水线来了一批产品，共 5 个，开始质检...
第 1 个螺丝，直径 5.01 mm, 合格。  
第 2 个螺丝，直径 4.98 mm, 合格。  
第 3 个螺丝，直径 5.09 mm, 不合格！
第 4 个螺丝，直径 4.92 mm, 不合格！
第 5 个螺丝，直径 5.04 mm, 合格。  
质检完成。合格数量: 3

关键代码分析:
(1) #include <QVector>: QVector是Qt提供的一个模板容器类，功能类似于一个可以动态调整大小的数组。要使用它，必须包含此头文件。
(2) QVector<double>: 定义了一个专门用于存放double类型数据的QVector容器。尖括号< >中的类型指定了容器内所有元素的类型。
(3) append(): 这是QVector的成员函数，用于在容器的末尾追加一个新元素。
(4) size(): 这是QVector的成员函数，用于获取容器中当前存储的元素总数。
(5) for循环结构: for(int i = 0; i < diameterBatch.size(); ++i)是最经典的for循环结构。它包含三个部分，由分号隔开：

  • 初始化: int i = 0，创建一个循环计数器i并赋初值为0。
  • 循环条件: i < diameterBatch.size()，每次循环开始前检查此条件，若为真则执行循环体，否则退出循环。
  • 迭代表达式: ++i，每次循环体执行完毕后执行此操作，使计数器加1。
    (6) 元素访问: diameterBatch[i]，通过方括号和索引i(从0开始)来访问QVector容器中的具体元素。
    (7) &&运算符: (currentDiameter >= 4.95 && currentDiameter <= 5.05)中的&&是逻辑“与”运算符，它表示其两侧的条件必须同时为真，整个表达式的结果才为真。

三、面向对象编程：封装数据与行为

当程序逻辑变得复杂时，使用零散的变量和函数来管理会变得混乱。面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）提供了一种更高级的组织方式，其核心就是类（Class）。

【核心概念：数据与行为的统一体】

类是创建对象的“蓝图”。它将描述某个事物的数据（称为属性或成员变量）和能对这些数据进行的操作（称为方法或成员函数）封装（Encapsulation）在一起。通过类，可以创建出具体的对象（Object），每个对象都是一个独立、完整的实体，极大地提高了代码的结构化程度。

【例2-4】 创建一个螺丝计数器类。

1. 创建项目与类文件

  • 新建一个名为 Demo_2_4_Classes 的Qt控制台项目。
  • 在Qt Creator中，右键点击项目名称，选择添加新文件... -> C++ -> C++ Class，类名输入 SimpleCounter，基类保持默认的 无，完成向导。Qt Creator会自动创建simplecounter.h和simplecounter.cpp。

2. 编写代码 (simplecounter.h)

#ifndef SIMPLECOUNTER_H
#define SIMPLECOUNTER_H// 类的声明
class SimpleCounter
{
public:// 构造函数：在创建对象时自动调用，用于初始化SimpleCounter();// 公有(public)成员函数: 外部代码可以直接调用void increment();       // 计数加一void clear();           // 计数清零int getCount() const;   // 获取当前计数值private:// 私有(private)成员变量: 外部代码无法直接访问，实现了封装和保护int m_count;
};#endif // SIMPLECOUNTER_H

3. 编写代码 (simplecounter.cpp)

#include "simplecounter.h"// 构造函数的实现
SimpleCounter::SimpleCounter()
{// 在这里进行初始化工作m_count = 0;
}// 成员函数的实现
void SimpleCounter::increment()
{m_count++;
}void SimpleCounter::clear()
{m_count = 0;
}// const关键字表示这个函数不会修改类的任何成员变量
int SimpleCounter::getCount() const
{return m_count;
}

4. 编写代码 (main.cpp)

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include "simplecounter.h" // 包含我们自己定义的类的头文件int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);qDebug() << "创建两个计数器: 合格品计数器和次品计数器";// 从SimpleCounter类创建两个具体的对象SimpleCounter qualifiedCounter;SimpleCounter defectiveCounter;// 模拟生产过程qDebug() << "生产了3个合格品...";qualifiedCounter.increment();qualifiedCounter.increment();qualifiedCounter.increment();qDebug() << "生产了1个次品...";defectiveCounter.increment();// 通过公有方法获取内部的计数值并打印qDebug() << "当前合格品数量:" << qualifiedCounter.getCount();qDebug() << "当前次品数量:" << defectiveCounter.getCount();return a.exec();
}

5. 运行结果

创建两个计数器: 合格品计数器和次品计数器
生产了3个合格品...
生产了1个次品...  
当前合格品数量: 3 
当前次品数量: 1

关键代码分析:
(1) 头文件(.h)与源文件(.cpp): 在C++中，类的声明（它有什么）通常放在头文件中，而成员函数的具体实现（它怎么做）放在源文件中。这是一种代码组织规范。
(2) public: 与 private:: 这是访问说明符。public部分是类的对外接口，任何代码都可以访问。private部分是类的内部实现，只有该类的成员函数才能访问，外部代码无法直接触及。这体现了封装的思想，保护了内部数据的安全性。
(3) 构造函数: SimpleCounter()是一个特殊的成员函数，它没有返回类型，且函数名与类名完全相同。在创建类的对象时（如SimpleCounter qualifiedCounter;），构造函数会被自动调用，是执行初始化操作的最佳位置。
(4) SimpleCounter::: ::是作用域解析运算符。在.cpp文件中，它用于指明一个函数实现是属于哪个类的。

四、Qt的核心扩展：信号与槽通信

【核心概念：Qt的灵魂机制】

在图形界面程序中，一个对象的状态改变（如按钮被点击）常常需要通知其他多个对象。如果使用直接函数调用的方式，对象之间会产生紧密的依赖关系（耦合），不利于程序的维护和扩展。

为此，Qt引入了其最核心、最强大的创新之一：信号与槽（Signals and Slots）。

  • 信号（Signal）: 当对象内部状态发生改变时，由该对象发射(emit)出去的一种“广播”或“通知”。它只负责发出通知，不关心谁会收到。
  • 槽（Slot）: 一个普通的成员函数，用于接收并处理某个信号。

通过connect函数，可以将一个对象的信号与另一个（或同一个）对象的槽连接起来。当信号被发射时，所有与之连接的槽函数就会被自动调用。这种机制使得信号的发送方和接收方可以互不知道对方的存在，实现了完美的解耦。

要让一个类支持信号与槽，必须：

  1. 公有继承自 QObject。
  2. 在类声明的私有区顶部添加 Q_OBJECT 宏。

【例2-5】 工作者完成任务后通知管理者。

1. 创建项目与类文件

  • 新建一个名为 Demo_2_5_SignalsAndSlots 的Qt控制台项目。
  • 分别添加 Worker 和 Manager 两个C++类，注意它们的基类都要选择 QObject。

2. 编写代码 (worker.h & worker.cpp)

// worker.h
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H
#include <QObject>
#include <QString>class Worker : public QObject
{Q_OBJECT // 必须添加此宏以支持信号与槽
public:explicit Worker(QObject *parent = nullptr);void doWork(); // 模拟执行一个任务
signals:// 信号只需要声明，无需实现。在signals关键字下声明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] 开始执行耗时任务...";QThread::sleep(2); // 模拟耗时2秒QString result = "所有螺丝检测完毕";qDebug() << "[工作者] 任务完成，准备发射信号...";emit workFinished(result); // 使用emit关键字发射信号
}

3. 编写代码 (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:// 槽函数声明在 public slots: 区域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] 收到信号，槽函数被调用！";qDebug() << "  > 结果:" << result;
}

4. 编写代码 (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;// --- 信号与槽的连接 ---QObject::connect(&worker, &Worker::workFinished,&manager, &Manager::onWorkFinished);qDebug() << "[主程序] 命令工作者开始工作。";worker.doWork(); // 调用此函数将最终导致信号被发射return a.exec();
}

5. 运行结果

[主程序] 命令工作者开始工作。
[工作者] 开始执行耗时任务...
[工作者] 任务完成，准备发射信号...
[管理者] 收到信号，槽函数被调用！> 结果: "所有螺丝检测完毕"

关键代码分析:
(1) QObject与Q_OBJECT: Worker和Manager都继承自QObject，并在类声明中包含了Q_OBJECT宏，这是使用信号槽的前提。Qt的MOC（元对象编译器）会预处理这个宏，生成支持信号槽所需的额外代码。
(2) signals:: 用于声明信号函数。信号函数没有函数体，其返回值类型通常是void。
(3) emit: 这是一个空宏，在代码中用于标记一个信号的发射。当执行到emit workFinished(...)时，Qt的元对象系统会接管，并调用所有与workFinished信号连接的槽。
(4) public slots:: 用于声明槽函数。槽函数的本质是一个普通的成员函数，可以有自己的参数和实现。
(5) QObject::connect(...): 这是建立连接的核心函数。其最常用的形式是：
connect(信号发送者地址, &发送者类::信号名, 信号接收者地址, &接收者类::槽函数名);
这种写法在编译时就会进行类型检查，如果信号和槽的参数不匹配，或者函数名写错，编译器会直接报错，非常安全。

五、总结与展望

在本篇文章中，我们不仅复习了C++的基础语法，更深入探讨了面向对象编程的核心——类与对象，以及Qt框架的灵魂——信号与槽机制。这些是构建任何复杂、可维护的Qt应用程序都不可或缺的知识。

现在，我们已经具备了用C++构建结构化、可交互的后端逻辑的能力。在下一篇文章**【《使用Qt Quick从零构建AI螺丝瑕疵检测系统》——3. QML入门：像搭积木一样构建UI】**中，我们将把目光转向用户界面，开始探索QML的精彩世界，学习如何为我们的C++后端打造一个现代化的“面孔”。

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