Qt的元对象系统
一、元对象系统介绍
Qt中的元对象系统(Meta-Object System)提供了内部对象间通讯的信号和槽机制、运行时类型信息和动态属性系统。
整个元对象系统基于三个东西建立：
- QObject类为所有对象提供了一个基类，只要继承此类，那创建出的对象便可以使用元对象系统。
- 在声明类时，将Q_OBJECT宏放置于类的私有区域就可以在类中使能元对象特性，诸如动态属性，信号，以及槽。一般实际使用中，我们总是把Q_OBJECT宏放置在类声明时的开头位置，除此之外我们的类还需要继承QObject类。
- 元对象编译器（Meta-Object Compiler，缩写moc），为每个QObject的子类提供必要的代码去实现元对象特性。我们可以认为Qt对C++进行了一些拓展，moc则是负责将这些拓展语法翻译成原生的C++语法，之后交给C++编译器去编译。
二、moc
moc 全称是 Meta-Object Compiler(元对象编译器)，它是一个工具(类似于 qmake)， 该工具读取并分析 C++源文件，若发现一个或多个包含了 Q_OBJECT 宏的类的声明， 则会生成另外一个包含了 Q_OBJECT 宏实现代码的 C++源文件(该源文件通常名称为moc_*.cpp) ，这个新的源文件要么被#include 包含到类的源文件中，要么被编译键接到类的实现中(通常是使用的此种方法)。注意：新文件不会“替换”掉旧的文件， 而是与原文件一起编译。
三、其他特性
元对象系统主要是为了实现信号和槽机制才被引人的，不过除了信号和槽机制以外，元对象系统还提供了其他一些特性，属性系统，动态运行时信息：
QObject : : metaObject()函数可以返回一个类的元对象;
QMetaObject : :className()可以在运行时以字符串形式返回类名,而不需要C＋＋编辑器原生的运行时类型信息(RTTI)的支持;
QObject : : inherits()函数返回一个对象是否是QObject继承树上一个类的实例的信息;
QObject : : tr()和 QObject : : trUtf8()进行字符串翻译来实现国际化;
QObject : : setProperty()和 QObject : : property()通过名字来动态设置或者获取对象属性;
QMetaObject : : newInstance()构造类的一个新实例。除了这些特性，还可以使用qobject_cast(QObject *object)函数对QObject类进行动态类型转换，这个函数的功能类似于标准C++中的dynamic_cast()函数，但它不再需要RTTI的支持。这个函数尝试将它的参数转换为尖括号中的类型的指针，如果是正确的类型，则返回一个非零的指针：如果类型不兼容，则返回0。例如：
QObject *obj = new QTimer; // QTimer inherits QObject
QTimer *timer = qobject_cast(obj);
// timer == (QObject *)obj
QAbstractButton *button = qobject_cast(obj);
// button == 0>(obj): 四、 Q_OBJECT 宏的解析
/* qmake ignore Q_OBJECT */
#define Q_OBJECT \
public: \
QT_WARNING_PUSH \
Q_OBJECT_NO_OVERRIDE_WARNING \
static const QMetaObject staticMetaObject; \
virtual const QMetaObject *metaObject() const; \
virtual void *qt_metacast(const char *); \
virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); \
QT_TR_FUNCTIONS \
private: \
Q_OBJECT_NO_ATTRIBUTES_WARNING \
Q_DECL_HIDDEN_STATIC_METACALL static void qt_static_metacall(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **); \
QT_WARNING_POP \
struct QPrivateSignal {}; \
QT_ANNOTATE_CLASS(qt_qobject, "")可见，Q_OBJECT 宏为声明的类之中增加了一些成员，而且还有虚函数成员(注意，这些虚函数没有定义)，按 C++语法，虚函数必须被定义或者被声明为纯虚函数，moc 工具的工作之一就是生成以上成员的定义，并且还会生成一些其他必要的代码。此处讲解 Q_OBJECT 宏代码的目的主要是为了讲解使用 Qt Creator 时易犯的错误及怎样正确使用 Q_OBJECT 宏，读者可查看由 moc 生成的 moc_*.cpp 的内容以了解更详细的信息。
五、使用Qt Creator启动元对象系统
1、此时 moc 工具是通过 Qt Creator 来使用的，因此必须保证 moc 能发现并处理项目中包含有 Q_OBJECT 宏的类，为此，需要遵守以下规则
- 从QObject 派生的含有 Q_OBJECT 宏的类的定义必须在头文件中。
- 确保 pro 文件中，是否列举了项目中的所有源文件(SOURCES 变量)和头文件(HEADERS 变量)
- 应在头文件中使用逻辑指令(比如#ifndef)防止头文件被包含多次。
- QObject 类应是基类列表中的第一个类。
- 由以上规则可见，使用 Qt Creator 编写代码时，类应定义在头文件中，成员函数的定义应位于源文件中(这样可避免头文件被包含多次产生的重定义错误)，虽然这样编写程序比较麻烦，但这是一种良好的代码组织方式。
2、不按规则 1 的方法编写程序，则 moc 工具就不能正确生成代码，这时的错误原因通常是未定义由 Q_OBJECT 展开后在类中声明的虚函数引起的，其错误信息如下：
- 若使用 MinGw 编译，产生的错误信息类似如下：
undefined reference to 'vtable for A'.表示类 A 的虚函数表(vtable)不能正常生成，通常是有虚函数未定义。 - 若使用 VC++2015 编译，产生的错误信息类似如下：LNK2001: 无法解析的外部符号
"public: virtual struct QMetaObject const * thiscall A::metaObject(void)const " (……).表示虚函数 A::metaObject 未定义。
3、以下错误不易被发现：
若定义了 QObject 类的派生类，并进行了构建，在这之后再添加 Q_OBJECT 宏，则会编译出错。解决方案：此时必须执行一次 qmake 命令(“构建”>“执行 qmake”)，否则 moc 不能生成代码。
示例：使用 Qt Creator 启动元对象系统
新建空项目、添加一个 m.h 和 m.cpp 文件。
/*m.h 文件内容。要在 Qt Creator 中启动元对象系统，包含 Q_OBJECT 宏的类的定义必须位于头文件中，否则 moc 工具不能生成元对象代码*/
#ifndef M_H //用于防止头文件被多次包含的逻辑指令#define M_H
#include //因为要使用 QObject 类，为此需要包含此头文件class B{};
//错误，moc 不能启动。因为多重继承时 QObject 必须位于基类列表中的第一位。
//class A:public B,public QObject{ Q_OBJECT };
class B
{
};
class A : public QObject, public B
{ /*要使用元对象系统必须继承自 QObject 类，且 QObject 应位于基类继承列表中的第一位。*/
Q_OBJECT //启动元对象系统。Q_OBJECT 必须位于私有区域。
public : A()
{
qDebug("DDDD\n");
}
}; //qDebug 函数用于在控制台输出一些信息
#endif // M_H
//m.cpp 文件内容。
#include "m.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
A ma;
return 0;
} 运行以上程序，可在 debug 目录下找到一个 moc_m.cpp 的源文件，该源文件就是使用 moc 工具生成的，该源文件中的代码就是元对象代码，读者可查看其代码。若在该目录没有 moc_m.cpp 文件，说明 moc 工具未能正常启动，这时需在 Qt Creator 中执行 qmake 命令， 再构建程序。
错误的运行
正确的运行
参考:
QT核心机制1：元系统_lczdk的博客-CSDN博客
Qt笔记 元对象系统 - 橘崽崽啊 - 博客园