信号機

「信号機」の例では、Qt State Machine の概要を活用して、信号機の制御フローを実装する方法を示します。

緑色のランプが点灯している信号機

この例では、TrafficLightWidget クラスを作成します。この信号機には、赤、黄、緑の3つの信号があります。信号機は、一定の間隔で次の信号へと切り替わります（赤→黄→緑→黄→再び赤）。

class LightWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
    Q_PROPERTY(bool on READ isOn WRITE setOn)
public:
    explicit LightWidget(const QColor &color, QWidget *parent = nullptr)
        : QWidget(parent), m_color(color)
    {
    }

    bool isOn() const { return m_on; }

    void setOn(bool on)
    {
        if (on == m_on)
            return;
        m_on = on;
        update();
    }

public slots:
    void turnOff() { setOn(false); }
    void turnOn() { setOn(true); }

protected:
    void paintEvent(QPaintEvent *) override
    {
        if (!m_on)
            return;
        QPainter painter(this);
        painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
        painter.setBrush(m_color);
        painter.drawEllipse(rect());
    }

private:
    QColor m_color;
    bool m_on = false;
};

LightWidgetクラスは、信号機の1つのランプを表します。このクラスは、on プロパティと、ランプの点灯・消灯を行う2つのスロット（turnOn()およびturnOff()）を提供します。このウィジェットは、コンストラクタに渡された色で自身を描画します。

class TrafficLightWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit TrafficLightWidget(QWidget *parent = nullptr) : QWidget(parent)
    {
        auto vbox = new QVBoxLayout(this);
        m_red = new LightWidget(Qt::red);
        vbox->addWidget(m_red);
        m_yellow = new LightWidget(Qt::yellow);
        vbox->addWidget(m_yellow);
        m_green = new LightWidget(Qt::green);
        vbox->addWidget(m_green);
        auto pal = palette();
        pal.setColor(QPalette::Window, Qt::black);
        setPalette(pal);
        setAutoFillBackground(true);
    }

    LightWidget *redLight() const { return m_red; }
    LightWidget *yellowLight() const { return m_yellow; }
    LightWidget *greenLight() const { return m_green; }

private:
    LightWidget *m_red;
    LightWidget *m_yellow;
    LightWidget *m_green;
};

TrafficLightWidgetクラスは、信号機の視覚的な部分を表します。これは、3つの信号灯が縦に配置されたウィジェットであり、これらにアクセスするためのアクセサ関数を提供します。

QState *createLightState(LightWidget *light, int duration, QState *parent = nullptr)
{
    auto lightState = new QState(parent);
    auto timer = new QTimer(lightState);
    timer->setInterval(duration);
    timer->setSingleShot(true);
    auto timing = new QState(lightState);
    QObject::connect(timing, &QAbstractState::entered, light, &LightWidget::turnOn);
    QObject::connect(timing, &QAbstractState::entered, timer, QOverload<>::of(&QTimer::start));
    QObject::connect(timing, &QAbstractState::exited, light, &LightWidget::turnOff);
    auto done = new QFinalState(lightState);
    timing->addTransition(timer, &QTimer::timeout, done);
    lightState->setInitialState(timing);
    return lightState;
}

createLightState() 関数は、その状態に入ったときにランプを点灯させ、その状態を離れたときに消灯させる状態を作成します。この状態ではタイマーが使用されており、後で見るように、タイムアウトは LightState から別の LightState へ遷移するために使用されます。以下に、ランプの状態に関するステートチャートを示します：

LightState（タイミングサブステート付き）：エントリ時にライトが点灯しタイマーが開始され、エクジット時に消灯し、タイムアウト時に最終状態へ遷移する

class TrafficLight : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit TrafficLight(QWidget *parent = nullptr) : QWidget(parent)
    {
        auto vbox = new QVBoxLayout(this);
        auto widget = new TrafficLightWidget;
        vbox->addWidget(widget);
        vbox->setContentsMargins(QMargins());

        auto machine = new QStateMachine(this);
        auto redGoingYellow = createLightState(widget->redLight(), 3000);
        redGoingYellow->setObjectName("redGoingYellow");
        auto yellowGoingGreen = createLightState(widget->yellowLight(), 1000);
        yellowGoingGreen->setObjectName("yellowGoingGreen");
        redGoingYellow->addTransition(redGoingYellow, &QState::finished, yellowGoingGreen);
        auto greenGoingYellow = createLightState(widget->greenLight(), 3000);
        greenGoingYellow->setObjectName("greenGoingYellow");
        yellowGoingGreen->addTransition(yellowGoingGreen, &QState::finished, greenGoingYellow);
        auto yellowGoingRed = createLightState(widget->yellowLight(), 1000);
        yellowGoingRed->setObjectName("yellowGoingRed");
        greenGoingYellow->addTransition(greenGoingYellow, &QState::finished, yellowGoingRed);
        yellowGoingRed->addTransition(yellowGoingRed, &QState::finished, redGoingYellow);

        machine->addState(redGoingYellow);
        machine->addState(yellowGoingGreen);
        machine->addState(greenGoingYellow);
        machine->addState(yellowGoingRed);
        machine->setInitialState(redGoingYellow);
        machine->start();
    }
};

TrafficLightクラスは、TrafficLightWidgetとステートマシンを組み合わせたものです。ステートグラフには、赤→黄、黄→緑、緑→黄、黄→赤の4つの状態があります。初期状態は「赤→黄」です。この状態のタイマーがタイムアウトすると、ステートマシンは「黄→緑」の状態に移行します。他の状態についても同様のプロセスが繰り返されます。ステートチャートは次のようになります：

信号のサイクル：赤→黄、黄→緑、緑→黄、黄→赤

int main(int argc, char **argv)
{
    QApplication app(argc, argv);

    TrafficLight widget;
    widget.resize(110, 300);
    widget.show();

    return app.exec();
}

main() 関数は TrafficLight を生成し、表示します。

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