深入浅出PyQt5信号与槽机制:解锁事件驱动编程的秘籍

发布时间: 2025-01-10 18:34:42 阅读量: 7 订阅数: 6
![详解Python3.8+PyQt5+pyqt5-tools+Pycharm配置详细教程](https://opengraph.githubassets.com/b1e25f247d63bf95e4906e7fe8171e5d73d99ac5a88771fd1616583684160db5/Sivani25/Python-Flow-Control) # 摘要 PyQt5作为一个流行的跨平台应用程序框架,其信号与槽机制是实现组件间通信的核心技术。本文首先介绍PyQt5信号与槽的基础知识,然后深入探讨信号与槽的工作原理,包括定义、作用、连接技术及自定义信号与槽的方法。接下来,文章通过实践案例展示了信号与槽在简单界面交互、复杂事件处理和数据传递中的应用。此外,本文还介绍了信号与槽机制的高级特性,如线程安全、优化策略和调试技巧,并通过实战项目加深理解,包括开发计算器、网络请求处理和聊天应用。本文旨在为PyQt5开发者提供全面的信号与槽理解和应用指南。 # 关键字 PyQt5;信号与槽;组件通信;多线程;界面交互;数据传递 参考资源链接:[Windows环境下Python3.8+PyQt5+pyqt5-tools详细安装教程](https://wenku.csdn.net/doc/3ux4do9gx5?spm=1055.2635.3001.10343) # 1. PyQt5基础与信号槽概念 ## 1.1 PyQt5简介 PyQt5是一个跨平台的GUI应用程序开发框架,它使用Python语言,将强大的C++库Qt的核心功能通过Python接口暴露出来,使得Python开发者能够快速创建功能完备的桌面应用程序。PyQt5不仅功能强大,而且拥有清晰的架构和良好的文档支持,深受开发者喜爱。 ## 1.2 信号槽基础 信号槽机制是PyQt框架的核心概念,它是一种用于对象间通信的机制。当某个对象发生改变时,就会发射一个信号,其他对象可以通过连接该信号来响应这个改变。这种机制使得程序的各个部分能够以松耦合的方式交互,极大地提高了代码的可读性和可维护性。 ## 1.3 信号与槽的简单示例 以一个按钮点击事件为例,当我们点击一个按钮时,我们希望执行一个特定的函数,比如打印一条消息到控制台。在PyQt5中,我们可以这样编写代码: ```python from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QPushButton class MainWindow(QMainWindow): def __init__(self): super().__init__() self.button = QPushButton('点击我', self) self.button.clicked.connect(self.on_button_clicked) def on_button_clicked(self): print("按钮被点击了") app = QApplication([]) window = MainWindow() window.show() app.exec_() ``` 在这个例子中,当按钮被点击时,`clicked` 信号被发射,并且与槽函数 `on_button_clicked` 连接起来。每当按钮被点击,都会调用 `on_button_clicked` 函数。 # 2. 深入理解信号与槽的工作原理 ## 2.1 信号与槽的定义及作用 信号与槽机制是Qt框架的核心特性之一,它为对象间的通信提供了一种安全且灵活的方式。信号是由一个对象发出的一个通知,表明某个事件发生了;槽则是一个函数,用于接收信号并进行处理。 ### 2.1.1 信号的定义和发射机制 信号是一种特殊的函数,它们由类中声明,并在某些事件发生时由对象发出。当一个对象发出信号时,与之连接的所有槽函数都会被调用。 信号的定义通常遵循以下形式: ```python class MyClass(QObject): signal_name = pyqtSignal([type1, type2, ...]) ``` 信号的发射机制,可以通过`emit`关键字来触发: ```python my_object.signal_name.emit(arg1, arg2, ...) ``` 信号的发射机制需要理解几个核心概念: - **信号的声明**:定义信号的类必须继承自`QObject`类。 - **信号的触发**:信号通过`emit`关键字被触发,与之连接的所有槽函数会收到通知。 - **信号的连接**:信号和槽函数之间通过`connect`方法连接。 ### 2.1.2 槽函数的概念和连接方式 槽函数是响应信号的函数,它们可以是类的成员函数,也可以是普通的全局函数。 槽函数的定义如下: ```python def slot_function(self, arg1, arg2): ... ``` 槽函数可以通过多种方式与信号连接: - **直接连接**:使用`connect`方法直接连接信号和槽函数。 - **动态连接**:通过`disconnect`方法可以断开已连接的信号和槽。 - **静态连接**:在Qt Designer中预先设置好的连接,或者使用`Q吸烟`类。 ## 2.2 信号与槽的连接技术 ### 2.2.1 动态连接与静态连接的区别 动态连接是在运行时通过编程方式建立的连接,这意味着可以随时根据需要更改信号与槽之间的连接关系。 动态连接示例代码: ```python button = QPushButton("Click me!") def on_button_clicked(): print("Button clicked") button.clicked.connect(on_button_clicked) ``` 静态连接通常是通过Qt Designer工具或在代码中使用`Q吸烟`类创建的,这种连接在编译时就已经确定,之后不能动态改变。 ### 2.2.2 信号与槽的参数类型匹配 当连接信号和槽时,必须确保信号发出的参数类型与槽函数的参数类型相匹配,否则连接将失败。 例如,一个信号发出两个整数参数,可以连接到接收同样类型参数的槽函数: ```python class MyClass(QObject): int_signal = pyqtSignal(int, int) def my_slot(a, b): print(a + b) my_object = MyClass() my_object.int_signal.connect(my_slot) my_object.int_signal.emit(1, 2) # 输出: 3 ``` ### 2.2.3 连接信号与槽的限制和规则 连接信号和槽时,有几个重要的规则需要遵守: - 一个信号可以连接多个槽函数。 - 一个槽函数可以连接到多个信号。 - 信号和槽函数的参数类型必须匹配。 此外,槽函数可以是任意可调用对象,包括类实例方法、全局函数、静态方法等。 ## 2.3 自定义信号与槽 ### 2.3.1 创建自定义信号 在自定义类中创建信号,需要使用`pyqtSignal`来定义,同时需要继承自`QObject`。 创建自定义信号示例: ```python from PyQt5.QtCore import QObject, pyqtSignal class CustomClass(QObject): custom_signal = pyqtSignal(str, int) # 定义一个自定义信号,带有一个字符串和一个整数参数 ``` ### 2.3.2 实现自定义槽函数 自定义槽函数可以是任何Python函数,只要它与信号的参数匹配。 实现自定义槽函数示例: ```python def custom_slot(name, number): print(f"Name: {name}, Number: {number}") ``` ### 2.3.3 自定义信号与槽的应用实例 下面创建一个应用实例,其中包含自定义信号和槽函数,以及它们的连接和使用: ```python # 应用实例代码 from PyQt5.QtCore import QObject, pyqtSignal from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QPushButton, QVBoxLayout, QWidget, QLabel class CustomClass(QObject): custom_signal = pyqtSignal(str, int) def emit_signal(self): self.custom_signal.emit("Hello", 42) def custom_slot(name, number): label.setText(f"Name: {name}, Number: {number}") app = QApplication([]) window = QWidget() layout = QVBoxLayout(window) button = QPushButton("Click me!") label = QLabel("") window.setLayout(layout) layout.addWidget(button) layout.addWidget(label) custom_obj = CustomClass() custom_obj.custom_signal.connect(custom_slot) button.clicked.connect(custom_obj.emit_signal) window.show() app.exec_() ``` 本节介绍了信号与槽的基本概念、工作原理和连接技术,并通过实例展示了如何创建和使用自定义信号与槽。下一章节将继续探讨信号与槽在实践中的应用,以及如何处理复杂事件和数据传递。 # 3. 实践中的信号与槽机制应用 在前一章节中我们深入理解了信号与槽的工作原理和相关技术,本章节我们将会把重点放在实际应用上。通过实例展示如何在PyQt5项目中运用信号与槽机制,处理用户交互和数据传递。 ## 3.1 简单界面中的信号与槽应用 ### 3.1.1 界面元素的信号介绍 在PyQt5中,所有用户界面元素几乎都有自己的信号,比如按钮点击、文本框内容改变等。了解这些信号对于设计互动式的界面至关重要。例如,一个按钮(QPushButton)拥有一个`clicked`信号,当用户点击按钮时发射;文本框(QLineEdit)有一个`textChanged`信号,每当文本框中的文本发生改变时,就会发射这个信号。 ```python from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QPushButton, QLineEdit, QVBoxLayout, QLabel class Example(QWidget): def __init__(self): super().__init__() self.initUI() def initUI(self): self.setGeometry(300, 300, 300, 200) self.setWindowTitle('Signal and Slot Example') # 创建界面元素 self.button = QPushButton('Click Me', self) self.button.move(50, 50) self.label = QLabel('Hello PyQt5', self) self.label.move(50, 100) # 连接信号与槽 self.button.clicked.connect(self.on_click) def on_click(self): self.label.setText('You clicked the button!') ``` 在上述代码中,我们创建了一个按钮和标签,通过`clicked`信号与一个自定义槽函数`on_click`连接。当按钮被点击时,标签的文本会更新为"You clicked the button!"。 ### 3.1.2 槽函数在界面响应中的实现 槽函数是与信号相对应的,用于接收信号的对象。在Qt中,槽函数可以是一个Python函数,可以是类的方法,也可以是Python内置的对象方法。槽函数必须在某个类中实现,而该类的一个实例将被连接到相应的信号上。 ```python class Example(QWidget): # ...(初始化UI和创建元素的代码) def on_click(self): # 槽函数处理点击事件 self.label.setText('You clicked the button!') ``` 在上面的代码中,`on_click`函数就是一个槽函数,用于响应按钮的点击信号。这个函数会直接更新标签的文本。 ## 3.2 复杂事件处理中的信号与槽应用 ### 3.2.1 鼠标和键盘事件的信号与槽处理 处理鼠标和键盘事件是创建交互式GUI应用程序的关键部分。PyQt5提供了一系列的信号来处理这些事件,比如鼠标点击、双击、移动,键盘按键按下等。 ```python def mouse_click(self, event): # 槽函数处理鼠标点击事件 self.label.setText(f'Clicked at {event.x()}, {event.y()}') # 在初始化UI部分中连接信号 self.mouseArea.mouseClicked.connect(self.mouse_click) ``` 上述代码展示了一个鼠标点击事件的槽函数,当鼠标在特定区域点击时,会更新标签显示鼠标点击的位置。 ### 3.2.2 定时器事件的信号与槽应用 定时器事件可以用于定时执行特定任务。PyQt5中的QTimer对象可以发射一个timeout信号,每当定时器到时,就会发射这个信号。我们可以将这个信号连接到一个槽函数来执行我们想要定期执行的操作。 ```python from PyQt5.QtCore import QTimer class Example(QWidget): def __init__(self): super().__init__() self.initUI() self.timer = QTimer(self) self.timer.timeout.connect(self.update_time) self.timer.start(1000) # 每秒更新一次 def update_time(self): # 更新时间的槽函数 self.label.setText(f"The time is: {time.strftime('%H:%M:%S')}") ``` 在上述代码中,我们创建了一个QTimer实例,并将其timeout信号连接到一个`update_time`函数。该函数会每秒被调用一次,并更新标签显示当前的时间。 ## 3.3 信号与槽在数据传递中的应用 ### 3.3.1 数据封装与信号传递 信号与槽机制可以用于在界面的不同部分传递数据,例如从一个窗口传递数据到另一个窗口,或者在自定义控件中传递数据。在PyQt5中,我们可以通过在信号中附加数据参数来实现这一点。 ```python class MyWindow(QWidget): # 自定义信号,携带一个整数参数 custom_signal = pyqtSignal(int) def __init__(self): super().__init__() self.initUI() def initUI(self): self.button = QPushButton('Send Data', self) self.button.clicked.connect(self.emit_signal) self.label = QLabel('Data will be shown here', self) layout = QVBoxLayout(self) layout.addWidget(self.label) layout.addWidget(self.button) self.setLayout(layout) def emit_signal(self): # 发射信号时传递数据 self.custom_signal.emit(42) ``` 在上述代码中,我们定义了一个自定义信号`custom_signal`,在点击按钮时发射该信号,并传递一个整数值`42`。 ### 3.3.2 槽函数中的数据接收与处理 槽函数中可以接收信号传递的数据,并进行相应的处理。槽函数的参数需要与发射信号时附加的数据类型相匹配。 ```python def receive_data(self, data): # 接收传递来的数据 self.label.setText(f'Received data: {data}') # 在初始化UI部分中连接信号 self.custom_signal.connect(self.receive_data) ``` 上述代码中的`receive_data`函数是一个槽函数,它接收信号传递过来的数据,并更新标签显示这个数据。 以上示例表明,信号与槽机制不仅可以用于事件处理,还可以用于数据的传递和处理。通过自定义信号和槽函数,我们可以有效地在PyQt5应用程序的不同部分之间进行通信。 # 4. 信号与槽机制的高级特性 在前面的章节中,我们了解了信号与槽的基础知识,深入探讨了它们的工作原理以及在实际应用中的多种场景。在这一章中,我们将揭开信号与槽机制更深层次的特性,并探讨在开发过程中如何有效地利用这些高级特性来提升应用性能和可靠性。 ## 4.1 信号与槽的线程安全 信号与槽机制在多线程程序中同样适用,但是多线程环境增加了编程的复杂度。在涉及到多线程时,确保线程安全是至关重要的。 ### 4.1.1 多线程环境中的信号与槽 在多线程中使用信号与槽,需要确保槽函数在被调用时,相关的数据状态是安全的。可以使用`QMutex`、`QReadWriteLock`等同步机制来保护共享资源。同时,`QtConcurrent`模块可以用来并发执行任务而不阻塞GUI线程。 下面是一个简单的例子,展示如何在多线程环境中使用`QMutex`保护共享资源: ```python import sys from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QPushButton, QVBoxLayout, QWidget from PyQt5.QtCore import QThread, Signal, Mutex, Qt class WorkerThread(QThread): update_signal = Signal(str) def __init__(self, data, mutex): super().__init__() self.data = data self.mutex = mutex def run(self): with self.mutex: # 这里我们只是简单地反转数据字符串 self.data = self.data[::-1] self.update_signal.emit(f'Current data is {self.data}') class MutexExample(QWidget): def __init__(self): super().__init__() self.initUI() self.thread = WorkerThread("Hello, PyQt!", Mutex()) self.thread.update_signal.connect(self.on_update_signal) def initUI(self): layout = QVBoxLayout() self.btn = QPushButton('Start Thread') layout.addWidget(self.btn) self.setLayout(layout) self.setGeometry(300, 300, 300, 200) self.setWindowTitle('Thread with Mutex Example') self.btn.clicked.connect(self.start_thread) def start_thread(self): self.thread.start() def on_update_signal(self, msg): self.label = QLabel(msg) self.layout.addWidget(self.label) if __name__ == '__main__': app = QApplication(sys.argv) mutex_example = MutexExample() mutex_example.show() sys.exit(app.exec_()) ``` ### 4.1.2 线程安全的槽函数设计 为了保证槽函数的线程安全,可以在槽函数中使用锁来同步访问共享资源。此外,还可以使用`Qt::QueuedConnection`类型,这样槽函数会在接收线程的上下文中执行,从而避免了数据竞争。 ```python from PyQt5.QtCore import QObject, pyqtSlot, QThread, Signal class ThreadSafeObject(QObject): my_signal = Signal(str) @pyqtSlot(str) def thread_safe_slot(self, message): # 在槽函数中进行数据操作 with QMutexLocker(self.my_mutex): # 保护共享资源的代码 print(f"Message from thread-safe slot: {message}") # 使用线程安全的槽函数 ``` ## 4.2 信号与槽的优化策略 优化信号与槽的使用,可以提升应用性能。这包括减少不必要的信号发射,和在槽函数中进行异步处理。 ### 4.2.1 减少信号发射次数 频繁发射信号会带来额外的性能开销。在某些情况下,可以将多个信号合并为一个,或者在数据批量处理完成后再进行一次信号发射。 ### 4.2.2 槽函数的异步处理 如果槽函数的处理比较耗时,应该使用异步机制来避免阻塞GUI线程。可以使用`QThread`、`QTimer`、`QEventLoop`或者`QtConcurrent`等方法实现。 ## 4.3 信号与槽的调试技巧 调试是软件开发不可或缺的一环,正确地调试信号与槽可以帮助开发者更快地定位问题所在。 ### 4.3.1 使用PyQt的调试工具 PyQt提供了一些工具来帮助开发者调试信号与槽,例如`pyqtSignal`装饰器会自动生成信号的`debugString()`方法,可以打印信号相关信息。 ### 4.3.2 日志记录在信号与槽调试中的应用 通过日志记录,开发者可以追踪信号发射和槽函数的调用情况。可以使用Python的`logging`模块,或者在槽函数中加入`print`语句(适用于简单的调试)。 例如,可以使用`logging`模块的日志记录功能,在槽函数的开始和结束处添加日志信息: ```python import logging logging.basicConfig(level=logging.DEBUG) class DebuggingWidget(QWidget): some_signal = pyqtSignal() def __init__(self): super().__init__() self.some_signal.connect(self.handle_signal) # 发射信号的代码 @pyqtSlot() def handle_signal(self): logging.debug("Handling signal...") # 处理信号的代码 logging.debug("Signal handling complete.") ``` ### 总结 信号与槽的高级特性能够帮助开发者更高效地编写复杂的应用程序,但它们也引入了额外的责任,比如线程安全和性能优化。在实际开发过程中,需要根据应用的具体需求合理选择并应用这些高级特性。通过持续优化和调试,可以确保应用既高效又可靠。 # 5. PyQt5项目中的信号与槽实战 本章将带您深入到PyQt5项目的实战中,体会信号与槽机制在实际应用中的强大功能。我们将从设计简单计算器界面开始,逐步探索网络请求处理以及事件驱动的聊天应用构建,详细展示信号与槽在不同场景中的使用方法和效果。 ## 5.1 开发一个基于信号与槽的简单计算器 ### 5.1.1 设计界面与元素 在设计一个计算器界面时,我们首先需要确定需要哪些界面元素。对于一个简单计算器,至少需要显示屏和基本的数字及运算按钮。使用Qt Designer可以方便地设计出界面并导出.ui文件,后续再通过pyuic工具转换为.py代码。 以下是简单的计算器界面元素设计代码: ```python from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QPushButton, QVBoxLayout, QWidget class Calculator(QMainWindow): def __init__(self): super().__init__() self.setWindowTitle('Simple Calculator') self.setGeometry(100, 100, 280, 170) # 创建显示屏 self.display = QLineEdit(self) self.display.setReadOnly(True) self.display.setAlignment(Qt.AlignRight) self.display.setMaxLength(15) # 创建按钮 buttons = [ '7', '8', '9', '/', '4', '5', '6', '*', '1', '2', '3', '-', '0', '.', '=', '+' ] button_list = [] for button_text in buttons: button = QPushButton(button_text, self) button_list.append(button) # 布局设置 layout = QVBoxLayout() row = 0 column = 0 for i, button in enumerate(button_list): layout.addWidget(button) if (i + 1) % 4 == 0: row += 1 column = 0 else: column += 1 container = QWidget() container.setLayout(layout) self.setCentralWidget(container) if __name__ == '__main__': import sys app = QApplication(sys.argv) ex = Calculator() ex.show() sys.exit(app.exec_()) ``` ### 5.1.2 实现计算器的核心逻辑 核心逻辑需要处理按钮点击事件,并在界面上展示结果。信号与槽机制在这里扮演了关键角色。每个按钮点击都是一个信号,而更新界面显示的是槽函数。 下面是一个简化的槽函数实现逻辑: ```python # ... (其他代码保持不变) class Calculator(QMainWindow): # ... (构造函数和界面布局代码) def connect_signals(self): for button in self.findChildren(QPushButton): button.clicked.connect(self.on_button_clicked) def on_button_clicked(self): sender = self.sender() text = sender.text() # 更新显示屏 current_text = self.display.text() if text == '=': try: self.display.setText(eval(current_text)) except Exception as e: self.display.setText('Error') else: self.display.setText(current_text + text) if __name__ == '__main__': # ... (main函数其余代码) ``` 以上是一个简单计算器的示例,展示了如何使用PyQt5来创建界面,并通过信号与槽机制实现计算器的核心功能。 接下来,我们将目光转向一个更为复杂的场景:实现一个网络请求处理应用。 ## 5.2 实现一个网络请求处理应用 ### 5.2.1 网络请求的信号与槽实现 为了实现网络请求,我们将使用PyQt5集成的`QNetworkAccessManager`类。创建一个简单的GUI应用程序,它能够发起HTTP请求并处理响应。 下面是一个简单的网络请求与处理的代码实现: ```python from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QTextEdit, QPushButton from PyQt5.QtCore import QUrl from PyQt5.QtNetwork import QNetworkAccessManager, QNetworkRequest class NetworkApp(QMainWindow): def __init__(self): super().__init__() self.setWindowTitle('Network Request App') self.setGeometry(100, 100, 600, 400) # 创建文本框显示响应内容 self.responseBox = QTextEdit(self) self.responseBox.setReadOnly(True) # 创建按钮发起请求 self.sendButton = QPushButton('Send Request', self) self.sendButton.clicked.connect(self.send_request) # 网络管理器 self.manager = QNetworkAccessManager(self) self.manager.finished.connect(self.request_finished) layout = QVBoxLayout() layout.addWidget(self.responseBox) layout.addWidget(self.sendButton) container = QWidget() container.setLayout(layout) self.setCentralWidget(container) def send_request(self): url = QUrl('http://httpbin.org/get') request = QNetworkRequest(url) self.manager.get(request) def request_finished(self, reply): response = reply.readAll() self.responseBox.setText(response.data().decode()) if __name__ == '__main__': import sys app = QApplication(sys.argv) ex = NetworkApp() ex.show() sys.exit(app.exec_()) ``` 通过以上代码,我们实现了一个网络请求处理应用。用户点击按钮发起网络请求,网络响应处理完毕后在文本框中显示响应内容。 ## 5.3 构建一个事件驱动的聊天应用 ### 5.3.1 聊天界面与消息传递 聊天应用中消息的收发是最核心的功能。这一部分我们将关注如何利用PyQt5构建一个图形用户界面(GUI),以及使用信号和槽来处理消息的发送和接收。 构建聊天界面需要考虑以下几个部分: - 用户输入消息的文本框 - 发送按钮 - 消息显示区域(通常使用QListWidget或QTextEdit) 以下为聊天界面构建代码: ```python from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QTextEdit, QPushButton, QVBoxLayout, QWidget class ChatApp(QMainWindow): def __init__(self): super().__init__() self.setWindowTitle('Chat Application') self.setGeometry(100, 100, 400, 300) # 消息显示区域 self.messages = QTextEdit(self) self.messages.setReadOnly(True) # 输入消息区域 self.inputMessage = QTextEdit(self) # 发送按钮 self.sendButton = QPushButton('Send', self) self.sendButton.clicked.connect(self.send_message) layout = QVBoxLayout() layout.addWidget(self.messages) layout.addWidget(self.inputMessage) layout.addWidget(self.sendButton) container = QWidget() container.setLayout(layout) self.setCentralWidget(container) def send_message(self): message = self.inputMessage.toPlainText() if message: self.messages.append(f"{self.sender().objectName()}: {message}") self.inputMessage.clear() if __name__ == '__main__': import sys app = QApplication(sys.argv) ex = ChatApp() ex.show() sys.exit(app.exec_()) ``` ### 5.3.2 消息发送与接收的信号与槽配置 在聊天应用中,我们需要处理两种信号: 1. 发送按钮点击事件 2. 接收新消息事件 在我们的实现中,发送按钮的点击事件已经通过`send_message`槽函数处理。而接收消息通常需要一个独立的线程,用于处理网络接收数据。这个线程中的数据接收逻辑将连接到`appendMessage`槽函数。 下面是一个简化的消息接收槽函数实现: ```python # ... (其他代码保持不变) class ChatApp(QMainWindow): # ... (构造函数和界面布局代码) def appendMessage(self, message): self.messages.append(message) # ... (在适当的位置实现消息接收逻辑,例如一个线程) ``` 在实际项目中,消息接收可能涉及到网络编程的复杂性,但在这里我们只是展示如何通过信号与槽机制连接聊天应用中的消息传递功能。 以上为本章节实战部分的内容概览,通过本章内容,读者应该能够更深入地理解信号与槽在实际项目中的应用,以及它们在不同功能模块之间的协同工作。
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