Qt之美（二）元对象

除了D指针，Qt中另一个很有意思的部分就是Q_OBJECT宏了。该宏提供了对元对象的访问，使得能够使用比如信号和槽等QObject的更多特性。元对象提供了诸如类名、属性和方法等的信息，也被称为“反射”。

通过使用QMetaObject，我们能够用如下代码显示一些类的信息：

 

QObject obj;
const QMetaObject *metaObj = obj.metaObject();
qDebug() << "class name: " << metaObj->className();
qDebug() << "class info count: " << metaObj->classInfoCount();
qDebug() << "methods: ";
// 从QMetaObject::methodOffset()开始打印，使其不会显示父类的方法
for (int i = metaObj->methodOffset(); i < metaObj->methodCount(); ++i)
  qDebug() << metaObj->method(i).methodType() << " " << metaObj->method(i).signature();

 

 

由于C++并没有提供对这些信息的任何支持，Qt引入了元对象编译器（moc）来完成相应的工作。moc会读取每个头文件，如果发现其中定义的类是继承自QObject，且定义了Q_OBJECT宏，便会创建一个相应的C++源代码文件（moc_*.cpp），来完成这些工作。通过代码生成的工作，Qt不仅能够获得诸如Java等语言的灵活性，还能很好的保证继承自C++的性能和可扩展性。

假设我们有如下所示的简单类：

 

class MyObject : public QObject
{
  Q_OBJECT
public:
  explicit MyObject(QObject *parent = 0);
  void myFunc();
public slots:
  void mySlot(int myParam);
signals:
  void mySignal(int myParam);
};

 

 

moc会自动创建以下信息：

 

// 保存在QMetaObject::d.data指向的空间，其起始部分是一个QMetaObjectPrivate结构体
static const uint qt_meta_data_MyObject[] = {
  5,       // 版本号，其内部结构在Qt开发中有所改变
  0,       // 类名，其值为字符串qt_meta_stringdata_MyObject的偏移量
  // 以下值为（数量，索引）对
  0,    0, // 类信息
  2,   14, // 这里定义了两个方法，其起始索引为14（即signal部分）
  0,    0, // 属性
  0,    0, // 枚举
  0,    0, // 构造函数
  0,       // 标识
  1,       // signal数量
  // 对于signal、slot和property，其signature和parameters为字符串qt_meta_stringdata_MyObject的偏移量
  // signals: signature, parameters, type, tag, flags
  18,   10,    9,    9, 0x05,
  // slots: signature, parameters, type, tag, flags
  32,   10,    9,    9, 0x0a,
  0        // eod
};
// 保存在QMetaObject::d.stringdata指向的空间
static const char qt_meta_stringdata_MyObject[] = {
  "MyObject/0/0myParam/0mySignal(int)/0"
  "mySlot(int)/0"
};

 

 

以上信息，及其基类的相关信息，都保存在该类对应的元对象中：

 

const QMetaObject MyObject::staticMetaObject = {
  { &QObject::staticMetaObject, // 指向其基类的元对象，保存在QMetaObject::d.superdata
    qt_meta_stringdata_MyObject, qt_meta_data_MyObject, 0 }
};

 

 

这样，如果我们希望对QObject的对象进行类型转换，就不需使用开销较大的运算符dynamic_cast， 而能够直接使用qobject_cast。该模板函数利用了元对象系统的信息，避免了在运行时进行类型转换：

 

template <class T> inline T qobject_cast(QObject *object)
{
#if !defined(QT_NO_QOBJECT_CHECK)
  reinterpret_cast(0)->qt_check_for_QOBJECT_macro(*reinterpret_cast(object));
#endif
  return static_cast(reinterpret_cast(0)->staticMetaObject.cast(object));
}

 

 

这里，目标类型的元对象仅仅检查其是否从自身继承而来：

 

const QObject *QMetaObject::cast(const QObject *obj) const
{
  if (obj) {
    const QMetaObject *m = obj->metaObject();
    do {
      if (m == this)
        return obj;
    } while ((m = m->d.superdata));
  }
  return 0;
}

 

 

此外，moc会为每一个信号创建相应函数。当信号被emit时，该函数会被自动调用：

 

void MyObject::mySignal(int _t1)
{
  void *_a[] = { 0, const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void*>(&_t1)) };
  // 检查链接到该信号的所有slot，并根据链接类型进行调用
  QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, _a);
}

 

 

最后，这些信号都会通过moc创建的qt_metacall函数被调用：

 

int MyObject::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
  // 如果该函数已被基类调用，则直接返回
  _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
  if (_id < 0)
    return _id;
  // 根据函数的ID进行调用
  if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
    switch (_id) {
    case 0: mySignal((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
    case 1: mySlot((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
    default: ;
    }
    // 删除被该类“消耗”的ID，使得其子类类在处理时ID总是从0开始，而返回值-1则表示该函数已被调用
    _id -= 2;
  }
  return _id;
}