QML与C++混合编程详解
1、QML与C++为什么要混合编程
QML与C++为什么要混合编程，简单来说，就是使用QML高效便捷地构建UI，而C++则用来实现业务逻辑和复杂算法，下面介绍了两者间交互的方法与技巧。
2、QML访问C++概述
Qt集成了QML引擎和Qt元对象系统，使得QML很容易从C++中得到扩展，在一定的条件下，QML就可以访问QObject派生类的成员，例如信号、槽函数、枚举类型、属性、成员函数等。
QML访问C++有两个方法：一是在Qt元对象系统中注册C++类，在QML中实例化、访问。二是在C++中实例化并设置为QML上下文属性，在QML中直接使用。与后者相比，前者可以使C++类在QML中作为一个数据类型，例如函数参数类型或属性类型，也可以使用其枚举类型、单例等，功能更强大。
3、如何实现可以被QML访问的C++类
C++类要想被QML访问，首先必须满足两个条件：一是派生自QObject类或QObject类的子类，二是使用Q_OBJECT宏。QObject类是所有Qt对象的基类，作为Qt对象模型的核心，提供了信号与槽机制等很多重要特性。Q_OBJECT宏必须在private区（C++默认为private）声明，用来声明信号与槽，使用Qt元对象系统提供的内容，位置一般在语句块首行。下面例子在QtCreator3.1.2中创建，Projects选择QtQuickApplication，工程名为Gemini，Component选择QtQuick2.2，然后在自动生成的文件中添砖加瓦。
信号与槽——
（1）添加头文件Gemini.h
#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
Q_OBJECT
signals:
void begin();
public slots:
void doSomething() {
qDebug() << "Gemini::doSomething() called";
}
};
#endif // GEMINI_H
Gemini类中的信号begin()和槽doSomething()都可以被QML访问。槽必须声明为public或protected，信号在C++中使用时要用到emit关键字，但在QML中就是个普通的函数，用法同函数一样，信号处理器形式为on<Signal>，Signal首字母大写。信号不支持重载，多个信号的名字相同而参数不同时，能够被识别的只是最后一个信号，与信号的参数无关。
（2）修改main.cpp
// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
QGuiApplication app(argc, argv);
qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
QQmlApplicationEngine engine;
engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
return app.exec();
}
这里把Gemini类注册（qmlRegisterType）到了Qt元对象系统，当然也可以先实例化再设置为QML上下文属性，相关内容将在后面详细介绍。
（3）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething()
}
}
Gemini类注册到Qt元对象系统后，并且在QML文件中导入（import），关键字Gemini就可以在当前QML文件中当作一种QML类型来用了。例子中有个MouseArea，单击鼠标时会发送begin()信号，进而调用doSomething()槽函数。
枚举类型——
（1）修改头文件Gemini.h
#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
Q_OBJECT
Q_ENUMS(BALL_COLOR)
public:
Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW) {
qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
}
enum BALL_COLOR {
BALL_COLOR_YELLOW,
BALL_COLOR_RED,
BALL_COLOR_BLUE,
BALL_COLOR_ALL
};
signals:
void begin();
public slots:
void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
if(ballColor != m_ballColor) {
m_ballColor = ballColor;
qDebug() << "ball color changed";
}
}
private:
BALL_COLOR m_ballColor;
};
#endif // GEMINI_H
Gemini类中添加了public的BALL_COLOR枚举类型，这个枚举类型要想在QML中使用，就用到了Q_ENUMS()宏。
（2）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
}
}
在QML中使用枚举类型的方式是<CLASS_NAME>.<ENUM_VALUE>，例如Gemini.BALL_COLOR_RED。
成员函数——
（1）修改头文件Gemini.h
#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
Q_OBJECT
Q_ENUMS(BALL_COLOR)
public:
Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW) {
qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
}
enum BALL_COLOR {
BALL_COLOR_YELLOW,
BALL_COLOR_RED,
BALL_COLOR_BLUE,
BALL_COLOR_ALL
};
Q_INVOKABLE void stop() {
qDebug() << "Gemini::stop() called";
}
signals:
void begin();
public slots:
void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
if(ballColor != m_ballColor) {
m_ballColor = ballColor;
qDebug() << "ball color changed";
}
}
private:
BALL_COLOR m_ballColor;
};
#endif // GEMINI_H
Gemini类中添加了成员函数stop()，在QML中访问的前提是public或protected成员函数，且使用Q_INVOKABLE宏，位置在函数返回类型的前面。
（2）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
gemini.stop()
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
}
}
在QML中访问C++的成员函数的形式是<id>.<method>，例如gemini.stop()。支持函数重载，这个与信号不同。
C++类的属性——
（1）修改头文件Gemini.h
#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
Q_OBJECT
Q_ENUMS(BALL_COLOR)
Q_PROPERTY(unsigned int ballNumber READ ballNumber WRITE setBallNumber NOTIFY ballNumberChanged)
public:
Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW), m_ballNumber(0) {
qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
}
enum BALL_COLOR {
BALL_COLOR_YELLOW,
BALL_COLOR_RED,
BALL_COLOR_BLUE,
BALL_COLOR_ALL
};
unsigned int ballNumber() const {
return m_ballNumber;
}
void setBallNumber(const unsigned int &ballNumber) {
if(ballNumber != m_ballNumber) {
m_ballNumber = ballNumber;
emit ballNumberChanged();
}
}
Q_INVOKABLE void stop() {
qDebug() << "Gemini::stop() called";
}
signals:
void begin();
void ballNumberChanged();
public slots:
void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
if(ballColor != m_ballColor) {
m_ballColor = ballColor;
qDebug() << "ball color changed";
}
}
private:
BALL_COLOR m_ballColor;
unsigned int m_ballNumber;
};
#endif // GEMINI_H
Gemini类中添加了Q_PROPERTY()宏，用来在QObject派生类中声明属性，这个属性如同类的数据成员一样，但它又有一些额外的特性可通过Qt元对象系统来访问。
下面是Q_PROPERTY()宏的原型：
Q_PROPERTY()(type name
(READ getFunction [WRITE setFunction] |
MEMBER memberName [(READ getFunction | WRITE setFunction)])
[RESET resetFunction]
[NOTIFY notifySignal]
[REVISION int]
[DESIGNABLE bool]
[SCRIPTABLE bool]
[STORED bool]
[USER bool]
[CONSTANT]
[FINAL])
属性的type、name是必需的，其它是可选项，常用的有READ、WRITE、NOTIFY。属性的type可以是QVariant支持的任何类型，也可以是自定义类型，包括自定义类、列表类型、组属性等。另外，属性的READ、WRITE、RESET是可以被继承的，也可以是虚函数，这些特性并不常用。
READ：读取属性值，如果没有设置MEMBER的话，它是必需的。一般情况下，函数是个const函数，返回值类型必须是属性本身的类型或这个类型的const引用，没有参数。
WRITE：设置属性值，可选项。函数必须返回void，有且仅有一个参数，参数类型必须是属性本身的类型或这个类型的指针或引用。
NOTIFY：与属性关联的可选信号。这个信号必须在类中声明过，当属性值改变时，就可触发这个信号，可以没有参数，有参数的话只能是一个类型同属性本身类型的参数，用来记录属性改变后的值。
Q_PROPERTY()的详细用法可参考如下网址：
http://doc.qt.io/qt-5/properties.html#qt-s-property-system
（2）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
gemini.stop()
gemini.ballNumber = 10
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
}
}
Gemini类中的ballNumber属性可以在QML中访问、修改，访问时调用了ballNumber()函数，修改时调用了setBallNumber()函数，同时还发送了一个信号来自动更新这个属性值。
4、注册C++类为QML类型
QObject派生类可以注册到Qt元对象系统，使得该类在QML中同其它内建类型一样，可以作为一个数据类型来使用。QML引擎允许注册可实例化的类型，也可以是不可实例化的类型，常见的注册函数有：
qmlRegisterInterface()
qmlRegisterRevision()
qmlRegisterSingletonType()
qmlRegisterType()
qmlRegisterTypeNotAvailable()
qmlRegisterUncreatableType()
这些注册函数各有其用，可根据实际需要选择，使用时需要包含<QtQml>。常用的为qmlRegisterType()，它有三个重载函数，这里只介绍其一：
template<typename T>
int qmlRegisterType(const char *uri,
int versionMajor,
int versionMinor,
const char *qmlName);
这个模板函数注册C++类到Qt元对象系统中，uri是需要导入到QML中的库名，versionMajor和versionMinor是其版本数字，qmlName是在QML中可以使用的类型名。例如上面例子main.cpp中的代码：
qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
main.cpp中将Gemini类注册为在QML中可以使用的Gemini类型，主版本为1，次版本为0，库的名字是Union.Lotto.Gemini。main.qml中导入了这个库，使用Gemini构造了一个对象，id为gemini，这样就可以借助id来访问C++了。
注册动作必须在QML上下文创建之前，否则无效。
另外：QQuickView为QtQuickUI提供了一个窗口，可以方便地加载QML文件并显示其界面。QApplication派生自QGuiApplication，而QGuiApplication又派生自QCoreApplication，这三个类是常见的管理Qt应用程序的类。QQmlApplicationEngine可以方便地从一个单一的QML文件中加载应用程序，它派生自QQmlEngine，QQmlEngine则提供了加载QML组件的环境，可以与QQmlComponent、QQmlContext等一起使用。
5、QML上下文属性设置
在C++应用程序加载QML对象时，我们可以直接嵌入一些C++数据来给QML使用，这里需要用到QQmlContext::setContextProperty()，即设置QML上下问属性，它可以是一个简单的类型，也可以是任何我们自定义的类对象。
（1）修改main.cpp
// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQuickView>
#include <QQmlContext>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
QGuiApplication app(argc, argv);
QQuickView view;
Gemini gemini;
view.rootContext()->setContextProperty("gemini", &gemini);
view.setSource(QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
view.show();
return app.exec();
}
彻底修改一下main.cpp吧，这里使用了QQuickView，注意头文件的变化，Gemini类先实例化为gemini对象，然后注册为QML上下文属性。
（2）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
Item {
width: 360; height: 360
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
gemini.stop()
}
}
Connections {
target: gemini
onBegin:console.log("aaaa")
}
}
既然main.cpp修改了那么多东西，main.qml也要做相应的修改，在main.qml中不能使用Gemini类型来实例化了，也不能调用doSomething()槽函数了，因为doSomething()函数中的枚举类型在QML中是访问不到的，正确的用法是通过QML上下文属性“gemini”来访问C++，可以访问信号begin()和成员函数stop()，此时的信号处理器就需要用Connections来处理了，如上面例子中所示。
6、C++访问QML
同样，在C++中也可以访问QML中的属性、函数和信号。
在C++中加载QML文件可以用QQmlComponent或QQuickView，然后就可以在C++中访问QML对象了。QQuickView提供了一个显示用户界面的窗口，而QQmlComponent没有。
QQuickView::rootObject()返回了组件实例，是一个有用的函数。前面的例子中已经使用过QQuickView了，下面的例子介绍QQmlComponent的用法。
使用QQmlComponent——
修改main.cpp
// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
QGuiApplication app(argc, argv);
qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
QQmlEngine engine;
// set qml context property
// Gemini aGemini;
// engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
component.create();
return app.exec();
}
例子中注释的部分是设置QML上下文属性的方法。
在C++中访问QML中的属性——
在C++中加载了QML文件并进行组件实例化后，就可以在C++中访问、修改这个实例的属性值了，可以是QML内建属性，也可以是自定义属性。
（1）修改main.qml
// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
Rectangle {
objectName: "rect"
anchors.fill: parent
color: "yellow"
}
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
gemini.stop()
gemini.ballNumber = 10
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
}
}
在main.qml中添加了一个Rectangle，设置objectName属性值为“rect”，这个值是为了在C++中能够找到这个Rectangle。
（2）修改main.cpp
// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
QGuiApplication app(argc, argv);
qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
QQmlEngine engine;
// set qml context property
// Gemini aGemini;
// engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
QObject *object = component.create();
qDebug() << "width value is" << object->property("width").toInt();
object->setProperty("width", 500);
qDebug() << "height value is" << QQmlProperty::read(object, "height").toInt();
QQmlProperty::write(object, "height", 500);
QObject *rect = object->findChild<QObject*>("rect");
if(rect) {
rect->setProperty("color", "black");
}
return app.exec();
}
首先，使用了QObject::property()/setProperty()来读取、修改width属性值。
接着，使用了QQmlProperty::read()/write()来读取、修改height属性值。
另外，如果某个对象的类型是QQuickItem，例如QQuickView::rootObject()的返回值，这时就可以使用QQuickItem::width/setWidth()来访问、修改width属性值了。
有时候，QML组件是一个复杂的树型结构，包含兄弟组件和孩子组件，我们可以使用QObject::findchild()/findchildren()来查找，如上面例子所示。
在C++中访问QML中的函数与信号——
在C++中，使用QMetaObject::invokeMethod()可以调用QML中的函数，从QML传递过来的函数参数和返回值会被转换为C++中的QVariant类型，成功返回true，参数不正确或被调用函数名错误返回false，invokeMethod()共有四个重载函数，用法相似。必须使用Q_ARG()宏来声明函数参数，用Q_RETURN_ARG()宏来声明函数返回值，其原型如下：
QGenericArgument Q_ARG(Type, const Type & value)
QGenericReturnArgument Q_RETURN_ARG(Type, Type & value)
使用QObject::connect()可以连接QML中的信号，connect()共有四个重载函数，它们都是静态函数。必须使用SIGNAL()宏来声明信号，SLOT()宏声明槽函数。
使用QObject::disconnect()可以解除信号与槽函数的连接。
（1）修改main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
visible: true
width: 360; height: 360
title: "Union Lotto Game"
color: "white"
signal qmlSignal(string message)
onQmlSignal: console.log("qml signal message is", message) // this is a qml signal
function qmlFunction(parameter) {
console.log("qml function parameter is", parameter) // Hello from C++
return "function from qml"
}
Rectangle {
objectName: "rect"
anchors.fill: parent
color: "yellow"
}
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: {
gemini.begin()
gemini.stop()
gemini.ballNumber = 10
qmlSignal("this is a qml signal")
}
}
Gemini {
id: gemini
onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
}
}
main.qml中添加了qmlSignal()信号和qmlFunction()函数，信号在QML中发送，函数在C++中调用。
（2）修改Gemini.h
#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
Q_OBJECT
Q_ENUMS(BALL_COLOR)
Q_PROPERTY(unsigned int ballNumber READ ballNumber WRITE setBallNumber NOTIFY ballNumberChanged)
public:
Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW), m_ballNumber(0) {
qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
}
enum BALL_COLOR {
BALL_COLOR_YELLOW,
BALL_COLOR_RED,
BALL_COLOR_BLUE,
BALL_COLOR_ALL
};
unsigned int ballNumber() const {
return m_ballNumber;
}
void setBallNumber(const unsigned int &ballNumber) {
if(ballNumber != m_ballNumber) {
m_ballNumber = ballNumber;
emit ballNumberChanged();
}
}
Q_INVOKABLE void stop() {
qDebug() << "Gemini::stop() called";
}
signals:
void begin();
void ballNumberChanged();
public slots:
void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
if(ballColor != m_ballColor) {
m_ballColor = ballColor;
qDebug() << "ball color changed";
}
}
void cppSlot(const QString &message) {
qDebug() << "Called the C++ slot with message:" << message; // this is a qml signal
}
private:
BALL_COLOR m_ballColor;
unsigned int m_ballNumber;
};
#endif // GEMINI_H
Gemini类中添加了cppSlot()槽函数，将要在main.cpp中与QML的信号connect。
（3）修改main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
QGuiApplication app(argc, argv);
qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
QQmlEngine engine;
// set qml context property
// Gemini aGemini;
// engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
QObject *object = component.create();
qDebug() << "width value is" << object->property("width").toInt();
object->setProperty("width", 500);
qDebug() << "height value is" << QQmlProperty::read(object, "height").toInt();
QQmlProperty::write(object, "height", 500);
QObject *rect = object->findChild<QObject*>("rect");
if(rect) {
rect->setProperty("color", "black");
}
QVariant returnedValue;
QVariant message = "Hello from C++";
QMetaObject::invokeMethod(object, "qmlFunction",
Q_RETURN_ARG(QVariant, returnedValue),
Q_ARG(QVariant, message));
qDebug() << "returnedValue is" << returnedValue.toString(); // function from qml
Gemini test;
QObject::connect(object, SIGNAL(qmlSignal(QString)),
&test, SLOT(cppSlot(QString)));
return app.exec();
}
在main.cpp中添加了QMeta::invokeMethod()和QObject::connect()来分别访问QML中函数和信号。
7、总结
本文主要介绍了QML与C++混合编程常用的方法与技巧，在使用过程中有几点值得注意：
自定义类一定要派生自QObject类或其子类。
必须使用Q_OBJECT宏。
注册自定义类到Qt元对象系统或设置自定义类对象实例为QML上下文属性是必须的。
两者交互进行数据传递时，要符合QML与C++间数据类型的转换规则。