Qt核心剖析: moc

前面我们说过，Qt 不是使用的“标准的” C++ 语言，而是对其进行了一定程度的“扩展”。这里我们从Qt新增加的关键字就可以看出来：signals、slots 或者 emit。所以有人会觉得 Qt 的程序编译速度慢，这主要是因为在 Qt 将源代码交给标准 C++ 编译器，如 gcc 之前，需要事先将这些扩展的语法去除掉。完成这一操作的就是 moc。

moc 全称是 Meta-Object Compiler，也就是“元对象编译器”。Qt 程序在交由标准编译器编译之前，先要使用 moc 分析 C++ 源文件。如果它发现在一个头文件中包含了宏 Q_OBJECT，则会生成另外一个 C++ 源文件。这个源文件中包含了 Q_OBJECT 宏的实现代码。这个新的文件名字将会是原文件名前面加上 moc_ 构成。这个新的文件同样将进入编译系统，最终被链接到二进制代码中去。因此我们可以知道，这个新的文件不是“替换”掉旧的文件，而是与原文件一起参与编译。另外，我们还可以看出一点，moc 的执行是在预处理器之前。因为预处理器执行之后，Q_OBJECT 宏就不存在了。

既然每个源文件都需要 moc 去处理，那么我们在什么时候调用了它呢？实际上，如果你使用 qmake 的话，这一步调用会在生成的 makefile 中展现出来。从本质上来说，qmake 不过是一个 makefile 生成器，因此，最终执行还是通过 make 完成的。

为了查看 moc 生成的文件，我们使用一个很简单的 cpp 来测试：

test.cpp

class Test : public QObject
{
 Q_OBJECT
public:
 explicit Test(QObject *parent = 0);
signals:
public slots:
};

这是一个空白的类，什么都没有实现。在经过编译之后，我们会在输出文件夹中找到 moc_test.cpp：

moc_test.cpp

/****************************************************************************
** Meta object code from reading C++ file 'test.h'
**
** Created: Thu Jul 22 13:06:45 2010
**      by: The Qt Meta Object Compiler version 62 (Qt 4.6.3)
**
** WARNING! All changes made in this file will be lost!
*****************************************************************************/

#include "../test.h"
#if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)
#error "The header file 'test.h' doesn't include ."
#elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 62
#error "This file was generated using the moc from 4.6.3. It"
#error "cannot be used with the include files from this version of Qt."
#error "(The moc has changed too much.)"
#endif

QT_BEGIN_MOC_NAMESPACE
static const uint qt_meta_data_Test[] = {

 // content:
       4,       // revision
       0,       // classname
       0,    0, // classinfo
       0,    0, // methods
       0,    0, // properties
       0,    0, // enums/sets
       0,    0, // constructors
       0,       // flags
       0,       // signalCount

       0        // eod
};

static const char qt_meta_stringdata_Test[] = {
    "Test\0"
};

const QMetaObject Test::staticMetaObject = {
    { &QObject::staticMetaObject, qt_meta_stringdata_Test,
      qt_meta_data_Test, 0 }
};

#ifdef Q_NO_DATA_RELOCATION
const QMetaObject &Test::getStaticMetaObject() { return staticMetaObject; }
#endif //Q_NO_DATA_RELOCATION

const QMetaObject *Test::metaObject() const
{
    return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->metaObject : &staticMetaObject;
}

void *Test::qt_metacast(const char *_clname)
{
    if (!_clname) return 0;
    if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_Test))
        return static_cast<void*>(const_cast< Test*>(this));
    return QObject::qt_metacast(_clname);
}

int Test::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
    _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
    if (_id < 0)
        return _id;
    return _id;
}
QT_END_MOC_NAMESPACE

可以看到，moc_test.cpp 里面为 Test 类增加了很多函数。然而，我们并没有实际写出这些函数，它是怎么加入类的呢？别忘了，我们还有 Q_OBJECT 这个宏呢！在 qobjectdefs.h 里面，找到 Q_OBJECT 宏的定义：

#define Q_OBJECT \
public: \
    Q_OBJECT_CHECK \
    static const QMetaObject staticMetaObject; \
    Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT \
    virtual const QMetaObject *metaObject() const; \
    virtual void *qt_metacast(const char *); \
    QT_TR_FUNCTIONS \
    virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); \
private:

这下了解了：正是对 Q_OBJECT 宏的展开，使我们的 Test 类拥有了这些多出来的属性和函数。注意，QT_TR_FUNCTIONS 这个宏也是在这里定义的。也就是说，如果你要使用 tr() 国际化，就必须使用 Q_OBJECT 宏，否则是没有 tr() 函数的。这期间最重要的就是 virtual const QMetaObject *metaObject() const; 函数。这个函数返回 QMetaObject 元对象类的实例，通过它，你就获得了 Qt 类的反射的能力：获取本对象的类型之类，而这一切，都不需要 C++ 编译器的 RTTI 支持。Qt 也提供了一个类似 C++ 的 dynamic_cast() 的函数 qobject_case()，而这一函数的实现也不需要 RTTI。另外，一个没有定义 Q_OBJECT 宏的类与它最接近的父类是同一类型的。也就是说，如果 A 继承了 QObject 并且定义了 Q_OBJECT，B 继承了 A 但没有定义 Q_OBJECT，C 继承了 B，则 C 的 QMetaObject::className() 函数将返回 A，而不是本身的名字。因此，为了避免这一问题，所有继承了 QObject 的类都应该定义 Q_OBJECT 宏，不管你是不是使用信号槽。