PyQt5のsignal/slotが分かりにくかったので「状態変更の通知」として理解する

PyQt5を触り始めたとき、signal/slotが少し直感的ではありませんでした。

button.clicked.connect(...) のような組み込みシグナルはなんとなく使えるのですが、自分で pyqtSignal を定義し始めると、急に分かりにくくなります。

• connect() は何をしているのか
• emit() は何をしているのか
• emit() に値を渡せるのか
• bool や str だけでなく、自作オブジェクトも渡せるのか
• 普通に関数を呼ぶのと何が違うのか

この記事では、PyQt5のsignal/slotを 「状態が変わったことを、関心のある相手に通知する仕組み」 として整理します。

サンプルアプリ

今回は、ユーザー一覧をクリックすると、右側の詳細パネルが更新される小さなアプリを作ります。
ここでは「ユーザーがクリックされた」という操作を、「選択中のユーザーが変わった」という状態変更として扱います。

+-----------------+------------------+
| ユーザー一覧     | 詳細             |
|-----------------|------------------|
| Alice           | 名前: Alice      |
| Bob             | 年齢: 24         |
| Carol           | 権限: admin      |
+-----------------+------------------+

一覧側は「ユーザーが選ばれたよ」と通知するだけです。
詳細パネル側は、その通知を受け取って表示を更新します。

signalは「通知の口」

まず、ユーザー情報を表すクラスを用意します。

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class User:
    name: str
    age: int
    role: str

次に、ユーザー一覧ウィジェットを作ります。

from PyQt5.QtCore import Qt, pyqtSignal
from PyQt5.QtWidgets import QListWidget, QListWidgetItem

class UserListWidget(QListWidget):
    user_selected = pyqtSignal(object)

    def __init__(self, users):
        super().__init__()

        for user in users:
            item = QListWidgetItem(user.name)
            item.setData(Qt.UserRole, user)
            self.addItem(item)

        self.itemClicked.connect(self.on_item_clicked)

    def on_item_clicked(self, item):
        user = item.data(Qt.UserRole)
        self.user_selected.emit(user)

ここで重要なのはこの部分です。

user_selected = pyqtSignal(object)

これは「object を1つ渡せるsignal」を定義しています。

そして、ユーザーがクリックされたときに、

self.user_selected.emit(user)

として、選択された User オブジェクトを飛ばしています。

slotは「通知を受け取る関数」

次に、詳細パネルを作ります。

from PyQt5.QtWidgets import QWidget, QLabel, QVBoxLayout

class UserDetailWidget(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.name_label = QLabel("名前: -")
        self.age_label = QLabel("年齢: -")
        self.role_label = QLabel("権限: -")

        layout = QVBoxLayout()
        layout.addWidget(self.name_label)
        layout.addWidget(self.age_label)
        layout.addWidget(self.role_label)
        self.setLayout(layout)

    def set_user(self, user):
        self.name_label.setText(f"名前: {user.name}")
        self.age_label.setText(f"年齢: {user.age}")
        self.role_label.setText(f"権限: {user.role}")

set_user() は普通のメソッドです。
ただし、signalに接続することで「通知を受け取る関数」として使えます。
PyQtでは @pyqtSlot を付けてslotを定義する書き方もありますが、まずは普通のメソッドを connect() できる、と理解すれば十分です。

connect() は「あとで呼ぶ予約」

一覧と詳細パネルをつなぎます。

user_list.user_selected.connect(user_detail.set_user)

これは user_detail.set_user() を今すぐ呼んでいるわけではありません。

「user_selected が emit() されたら、user_detail.set_user を呼んでね」と登録しています。

つまり、流れはこうです。

ユーザーをクリックする
  ↓
UserListWidget.on_item_clicked() が呼ばれる
  ↓
self.user_selected.emit(user)
  ↓
connectされていた user_detail.set_user(user) が呼ばれる
  ↓
詳細パネルが更新される

コードのディレクトリ構造

サンプルを少しだけ実アプリっぽく分けるなら、例えば次のような構成にできます。

pyqt-signal-sample/
├── main.py
├── models/
│   ├── __init__.py
│   └── user.py
└── views/
    ├── __init__.py
    ├── user_detail_widget.py
    └── user_list_widget.py

それぞれの役割は次のようなイメージです。

• models/user.py: User データクラスを置く
• views/user_list_widget.py: ユーザー一覧と user_selected signalを置く
• views/user_detail_widget.py: 選択されたユーザーの詳細表示を置く
• main.py: 画面を作り、signalとslotを connect() する

この記事では全体像を追いやすくするために、この構成を1ファイルにまとめたコードを載せます。

全体のコード

import sys
from dataclasses import dataclass

from PyQt5.QtCore import Qt, pyqtSignal
from PyQt5.QtWidgets import (
    QApplication,
    QWidget,
    QListWidget,
    QListWidgetItem,
    QLabel,
    QHBoxLayout,
    QVBoxLayout,
)


@dataclass
class User:
    name: str
    age: int
    role: str


class UserListWidget(QListWidget):
    user_selected = pyqtSignal(object)

    def __init__(self, users):
        super().__init__()

        for user in users:
            item = QListWidgetItem(user.name)
            item.setData(Qt.UserRole, user)
            self.addItem(item)

        self.itemClicked.connect(self.on_item_clicked)

    def on_item_clicked(self, item):
        user = item.data(Qt.UserRole)
        self.user_selected.emit(user)


class UserDetailWidget(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.name_label = QLabel("名前: -")
        self.age_label = QLabel("年齢: -")
        self.role_label = QLabel("権限: -")

        layout = QVBoxLayout()
        layout.addWidget(self.name_label)
        layout.addWidget(self.age_label)
        layout.addWidget(self.role_label)
        layout.addStretch()
        self.setLayout(layout)

    def set_user(self, user):
        self.name_label.setText(f"名前: {user.name}")
        self.age_label.setText(f"年齢: {user.age}")
        self.role_label.setText(f"権限: {user.role}")


class MainWindow(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        users = [
            User("Alice", 30, "admin"),
            User("Bob", 24, "member"),
            User("Carol", 28, "guest"),
        ]

        user_list = UserListWidget(users)
        user_detail = UserDetailWidget()

        user_list.user_selected.connect(user_detail.set_user)

        layout = QHBoxLayout()
        layout.addWidget(user_list)
        layout.addWidget(user_detail)
        self.setLayout(layout)

        self.setWindowTitle("PyQt5 signal sample")


if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)

    window = MainWindow()
    window.resize(500, 250)
    window.show()

    sys.exit(app.exec_())

emit() には値を渡せる

emit() は、ただ「何か起きた」と知らせるだけではありません。
値も一緒に渡せます。

user_selected = pyqtSignal(object)

と定義したsignalなら、

self.user_selected.emit(user)

のようにオブジェクトを渡せます。

受け取る側は、

def set_user(self, user):
    ...

のように、渡される値を引数で受け取ります。

object以外も渡せる

例えば、boolを渡すならこうです。

dark_mode_changed = pyqtSignal(bool)

self.dark_mode_changed.emit(True)

文字列を渡すならこうです。

message_changed = pyqtSignal(str)

self.message_changed.emit("Hello")

複数の値も渡せます。

name_changed = pyqtSignal(str, str)

self.name_changed.emit("old name", "new name")

自作クラスを渡したい場合は、今回のように object にしておくと分かりやすいです。

user_selected = pyqtSignal(object)

また、型を明示したい場合は、自作クラスを書くこともできます。

user_selected = pyqtSignal(User)

ただし、まずは object で理解するのが楽だと思います。

signalを使うと何が嬉しいのか

今回の例では、UserListWidget は UserDetailWidget の存在を知りません。

一覧側はただ、

self.user_selected.emit(user)

と通知しているだけです。

詳細パネル側も、一覧の内部実装を知りません。

user_list.user_selected.connect(user_detail.set_user)

この1行で、両者を外側からつないでいます。

つまり、signal/slotを使うと、

• 通知する側
• 通知を受け取る側
• それらを接続する部分

を分けて書けます。

小さいサンプルだと少し大げさに見えますが、画面が増えたり、同じイベントを複数の場所で受け取りたくなったりすると、この分離が効いてきます。

MVCっぽく見ると理解しやすい

この考え方は、MVCやModel/Viewの考え方にも近いです。

MVCは Model - View - Controller の略で、ざっくり言うと次のように責務を分ける考え方です。

• Model: データや状態を持つ
• View: 画面表示を担当する
• Controller: ユーザー操作を受け取り、ModelやViewをつなぐ

今回のサンプルでいうと、User はデータを持つのでModel寄りです。
UserListWidget や UserDetailWidget は画面表示を担当するのでView寄りです。
そして、

user_list.user_selected.connect(user_detail.set_user)

のように、どの通知をどの処理につなぐかを決める部分はController的な役割に近いです。

ただし、PyQtのアプリを厳密に「これはMVCです」と言い切ると少しややこしくなります。
QtにはQt独自のModel/Viewの仕組みもありますし、実際のアプリではMVC、MVP、MVVMっぽい考え方が混ざることもあります。

なので、この記事では厳密な設計パターンとしてではなく、「signal/slotを使うと、MVCっぽく責務を分けやすくなる」 くらいに捉えるのがちょうどよいと思います。

注意点

pyqtSignal は基本的にクラス変数として定義します。

class UserListWidget(QListWidget):
    user_selected = pyqtSignal(object)

また、signalを使うクラスは QObject 系のクラスを継承している必要があります。
今回は QListWidget が QObject を継承しているので、そのまま使えます。

もう1つ注意したいのは、オブジェクトを渡した場合、基本的には同じオブジェクトへの参照が渡るという点です。

def set_user(self, user):
    user.name = "Changed"

のようにslot側で変更すると、元のオブジェクトにも影響します。
「コピーが飛んでくる」わけではないので、そこは意識しておくとよいです。

まとめ

PyQt5のsignal/slotは、最初は少し独特に見えます。

ただ、次のように考えると理解しやすくなります。

• pyqtSignal は通知の種類を定義する
• connect() は通知が来たときに呼ぶ関数を登録する
• emit() は通知を発火する
• emit() には値を渡せる
• object を使えば自作オブジェクトも渡せる
• signalを使うと、通知する側と受け取る側をゆるくつなげられる
• MVCっぽく、データ・表示・接続部分の責務を分けやすくなる

signal/slotは、単なるボタンクリック用の仕組みではなく、アプリ内で「状態が変わったこと」を伝えるための仕組みとして使えます。