Qt的内省机制剖析

所谓内省是指面向对象语言的一种在运行期间查询对象信息的能力， 比如如果该语具有运行期间检查对象型别的能力，那么我们称它是型别内省（type intropection）的，型别内省可以用来实施多态。

c++的内省比较有限，它仅支持上面所说的型别内省， C++的型别内省是通过运行时类型识别（RTTI）(Run-Time Type Information)中的typeid 以及 dynamic_case关键字来实现的，举例说明：

// rabbit 派生于 Animal, jump为虚函数

1. if ( rabbit *p = dynamic_case<Animal*>(obj))
2. {
3. p->jump();
4. }
5. //我们还可以通过typeid萃取到对象的型别信息，比如对象的名称
6. std::cout << typeid(obj).name() << std::endl

Qt拓展了C++的内省机制，（实际上，它并没有采用c++的RTTI),而是提供了更为强大的元对象(meta object)机制，来实现内省。接下来，就让我们看看，Qt是如何扩展c++内省机制的。

要深刻理解Qt的内省机制，首先理解QObject，QObject类是整个Qt对象模型的心脏，Qt对象模型最为核心的功能是提供一种无缝的对象通讯机制，即就是我们所熟知的信号和槽。QObject主要有三大职责： 内存管理、内省(intropection)与事件处理。本文将集中在在内省的讨论。以下代码介绍了QObject类提供的内省方法:

1. //每个对象可以通过QObject::setObjectName()和QObject::objectName()设置、取得类的实例的名字
2. FirstQtApp obj;
3. obj.setObjectName("instanceName");
4. QString name1 = obj.objectName(); // return instanceName
5. //每个对象还可以通过它的元对象className方法得到类的名字
6. QString name2 = obj.metaObject()->className(); // return FirtstQtApp
7. //每个对象可以通过QObject::inherits方法来查询是否对前对象类派生于量一个类
8. bool isherited = obj.inherits("QObject"); // returns true
9. isherited = obj.inherits("QWideget"); // returns true

让我们再来一下QObject::inherits方法的底层实现：

1. inline bool inherits(const char *classname) const
2. { return const_cast<QObject *>(this)->qt_metacast(classname) != 0; }

原来，QObject::inherits是通过qt_metacast()这个虚函数实现的， 事实上每个QObject的派生类都必须实现metaObject()以及其他qt_metacall()方法，从而满足自省方法className, inherits等方法的调用（当然还有其他用途）。

而所有有关派生从QObject的子类中的内省方法无须有用户实现，用户只要在类中声明宏Q_OBJECT即可，Qt的元对象编译器（moc)负责实现派生从QObject的子类中的内省方法。

1. // defined at ../Qt/src/corelib/kernel/qobjectdefs.h
2. /* tmake ignore Q_OBJECT */
3. #define Q_OBJECT /
4. public: /
5. Q_OBJECT_CHECK /
6. static const QMetaObject staticMetaObject; /
7. Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT /
8. virtual const QMetaObject *metaObject() const; /
9. virtual void *qt_metacast(const char *); /
10. QT_TR_FUNCTIONS /
11. virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); /

此外，所有的Qt widgets类均继承自QObject, QObject所提供的isWidgetType自省方法可以很方便让QObject子对象查询自己是否是wideget, 而且它会比 qobject_cast<QWidget *>(obj) 或者obj->inherits快很多。原因qobject_cast()t和inherits()都是借助元对象系统来实现其功能的，isWidgetType()是QObject本身的标志位得以实现。

更多自省方法定义在QMetaObject，以下是QMetaObject声明的源代码：

1. struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
2. {
3. const char *className() const;
4. const QMetaObject *superClass() const;
5. QObject *cast(QObject *obj) const;
7. ....
8. int methodOffset() const;
9. int enumeratorOffset() const;
10. int propertyOffset() const;
11. int classInfoOffset() const;
12. int constructorCount() const;
13. int methodCount() const;
14. int enumeratorCount() const;
15. int propertyCount() const;
16. int classInfoCount() const;
17. int indexOfConstructor(const char *constructor) const;
18. int indexOfMethod(const char *method) const;
19. int indexOfSignal(const char *signal) const;
20. int indexOfSlot(const char *slot) const;
21. int indexOfEnumerator(const char *name) const;
22. int indexOfProperty(const char *name) const;
23. int indexOfClassInfo(const char *name) const;
24. ...
25. }

上述方法主要是实现对元对象表的访问及其操作，对元对象表(由moc实现）实例如下所示：

1. // defined at ../Qt/src/corelib/kernel/qobjectdefs.h
2. /* tmake ignore Q_OBJECT */
3. #define Q_OBJECT /
4. public: /
5. Q_OBJECT_CHECK /
6. static const QMetaObject staticMetaObject; /
7. Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT /
8. virtual const QMetaObject *metaObject() const; /
9. virtual void *qt_metacast(const char *); /
10. QT_TR_FUNCTIONS /
11. virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); /

总结：

1. Qt是通过QObject、QMetaObject类实现其内省机制,

2. QObject暴露给用户的共有自省方法有objectName(), inherits()， isWidgetType()等

3. 大多数自省方法是QObject派发给QMetaObject实现 (e.g. QMetaObject::className,)，元对象模型编译器moc负责自省方法的实现

4. 更多自省方法定义在QMetaObject，而是为了等信号槽通讯、事件派发等机制，

c++的内省比较有限，它仅支持上面所说的型别内省， C++的型别内省是通过运行时类型识别（RTTI）(Run-Time Type Information)中的typeid 以及 dynamic_case关键字来实现的，举例说明：

// rabbit 派生于 Animal, jump为虚函数

1. if ( rabbit *p = dynamic_case<Animal*>(obj))
2. {
3. p->jump();
4. }
5. //我们还可以通过typeid萃取到对象的型别信息，比如对象的名称
6. std::cout << typeid(obj).name() << std::endl

Qt拓展了C++的内省机制，（实际上，它并没有采用c++的RTTI),而是提供了更为强大的元对象(meta object)机制，来实现内省。接下来，就让我们看看，Qt是如何扩展c++内省机制的。

要深刻理解Qt的内省机制，首先理解QObject，QObject类是整个Qt对象模型的心脏，Qt对象模型最为核心的功能是提供一种无缝的对象通讯机制，即就是我们所熟知的信号和槽。QObject主要有三大职责： 内存管理、内省(intropection)与事件处理。本文将集中在在内省的讨论。以下代码介绍了QObject类提供的内省方法:

1. //每个对象可以通过QObject::setObjectName()和QObject::objectName()设置、取得类的实例的名字
2. FirstQtApp obj;
3. obj.setObjectName("instanceName");
4. QString name1 = obj.objectName(); // return instanceName
5. //每个对象还可以通过它的元对象className方法得到类的名字
6. QString name2 = obj.metaObject()->className(); // return FirtstQtApp
7. //每个对象可以通过QObject::inherits方法来查询是否对前对象类派生于量一个类
8. bool isherited = obj.inherits("QObject"); // returns true
9. isherited = obj.inherits("QWideget"); // returns true

让我们再来一下QObject::inherits方法的底层实现：

1. inline bool inherits(const char *classname) const
2. { return const_cast<QObject *>(this)->qt_metacast(classname) != 0; }

原来，QObject::inherits是通过qt_metacast()这个虚函数实现的， 事实上每个QObject的派生类都必须实现metaObject()以及其他qt_metacall()方法，从而满足自省方法className, inherits等方法的调用（当然还有其他用途）。

而所有有关派生从QObject的子类中的内省方法无须有用户实现，用户只要在类中声明宏Q_OBJECT即可，Qt的元对象编译器（moc)负责实现派生从QObject的子类中的内省方法。

1. // defined at ../Qt/src/corelib/kernel/qobjectdefs.h
2. /* tmake ignore Q_OBJECT */
3. #define Q_OBJECT /
4. public: /
5. Q_OBJECT_CHECK /
6. static const QMetaObject staticMetaObject; /
7. Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT /
8. virtual const QMetaObject *metaObject() const; /
9. virtual void *qt_metacast(const char *); /
10. QT_TR_FUNCTIONS /
11. virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); /

此外，所有的Qt widgets类均继承自QObject, QObject所提供的isWidgetType自省方法可以很方便让QObject子对象查询自己是否是wideget, 而且它会比 qobject_cast<QWidget *>(obj) 或者obj->inherits快很多。原因qobject_cast()t和inherits()都是借助元对象系统来实现其功能的，isWidgetType()是QObject本身的标志位得以实现。

更多自省方法定义在QMetaObject，以下是QMetaObject声明的源代码：

1. struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
2. {
3. const char *className() const;
4. const QMetaObject *superClass() const;
5. QObject *cast(QObject *obj) const;
7. ....
8. int methodOffset() const;
9. int enumeratorOffset() const;
10. int propertyOffset() const;
11. int classInfoOffset() const;
12. int constructorCount() const;
13. int methodCount() const;
14. int enumeratorCount() const;
15. int propertyCount() const;
16. int classInfoCount() const;
17. int indexOfConstructor(const char *constructor) const;
18. int indexOfMethod(const char *method) const;
19. int indexOfSignal(const char *signal) const;
20. int indexOfSlot(const char *slot) const;
21. int indexOfEnumerator(const char *name) const;
22. int indexOfProperty(const char *name) const;
23. int indexOfClassInfo(const char *name) const;
24. ...
25. }

上述方法主要是实现对元对象表的访问及其操作，对元对象表(由moc实现）实例如下所示：

1. // defined at ../Qt/src/corelib/kernel/qobjectdefs.h
2. /* tmake ignore Q_OBJECT */
3. #define Q_OBJECT /
4. public: /
5. Q_OBJECT_CHECK /
6. static const QMetaObject staticMetaObject; /
7. Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT /
8. virtual const QMetaObject *metaObject() const; /
9. virtual void *qt_metacast(const char *); /
10. QT_TR_FUNCTIONS /
11. virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); /

总结：

1. Qt是通过QObject、QMetaObject类实现其内省机制,

2. QObject暴露给用户的共有自省方法有objectName(), inherits()， isWidgetType()等

3. 大多数自省方法是QObject派发给QMetaObject实现 (e.g. QMetaObject::className,)，元对象模型编译器moc负责自省方法的实现

4. 更多自省方法定义在QMetaObject，而是为了等信号槽通讯、事件派发等机制，