Qt之美（二）：元对象

https://blog.csdn.net/zhu_xz/article/details/6048610

本文的英文版在这里：http://xizhizhu.blogspot.com/2010/12/beauty-of-qt-2-meta-object.html

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：

1 QObject obj;
2 const QMetaObject *metaObj = obj.metaObject();
3 qDebug() << "class name: " << metaObj->className();
4 qDebug() << "class info count: " << metaObj->classInfoCount();
5 qDebug() << "methods: ";
6 // 从QMetaObject::methodOffset()开始打印，使其不会显示父类的方法
7 for (int i = metaObj->methodOffset(); i < metaObj->methodCount(); ++i)
8   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：

 1 class MyObject : public QObject
 2 {
 3   Q_OBJECT
 4 public:
 5   explicit MyObject(QObject *parent = 0);
 6   void myFunc();
 7 public slots:
 8   void mySlot(int myParam);
 9 signals:
10   void mySignal(int myParam);
11 };

moc会自动创建以下信息：

 1 // 保存在QMetaObject::d.data指向的空间，其起始部分是一个QMetaObjectPrivate结构体
 2 static const uint qt_meta_data_MyObject[] = {
 3   5,       // 版本号，其内部结构在Qt开发中有所改变
 4   0,       // 类名，其值为字符串qt_meta_stringdata_MyObject的偏移量
 5   // 以下值为（数量，索引）对
 6   0,    0, // 类信息
 7   2,   14, // 这里定义了两个方法，其起始索引为14（即signal部分）
 8   0,    0, // 属性
 9   0,    0, // 枚举
10   0,    0, // 构造函数
11   0,       // 标识
12   1,       // signal数量
13   // 对于signal、slot和property，其signature和parameters为字符串qt_meta_stringdata_MyObject的偏移量
14   // signals: signature, parameters, type, tag, flags
15   18,   10,    9,    9, 0x05,
16   // slots: signature, parameters, type, tag, flags
17   32,   10,    9,    9, 0x0a,
18   0        // eod
19 };
20 // 保存在QMetaObject::d.stringdata指向的空间
21 static const char qt_meta_stringdata_MyObject[] = {
22   "MyObject/0/0myParam/0mySignal(int)/0"
23   "mySlot(int)/0"
24 };

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：

1 const QMetaObject MyObject::staticMetaObject = {
2   { &QObject::staticMetaObject, // 指向其基类的元对象，保存在QMetaObject::d.superdata
3     qt_meta_stringdata_MyObject, qt_meta_data_MyObject, 0 }
4 };

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：

1 template <class T> inline T qobject_cast(QObject *object)
2 {
3 #if !defined(QT_NO_QOBJECT_CHECK)
4   reinterpret_cast(0)->qt_check_for_QOBJECT_macro(*reinterpret_cast(object));
5 #endif
6   return static_cast(reinterpret_cast(0)->staticMetaObject.cast(object));
7 }

这里，目标类型的元对象仅仅检查其是否从自身继承而来：

 1 const QObject *QMetaObject::cast(const QObject *obj) const
 2 {
 3   if (obj) {
 4     const QMetaObject *m = obj->metaObject();
 5     do {
 6       if (m == this)
 7         return obj;
 8     } while ((m = m->d.superdata));
 9   }
10   return 0;
11 }

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：

1 void MyObject::mySignal(int _t1)
2 {
3   void *_a[] = { 0, const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void*>(&_t1)) };
4   // 检查链接到该信号的所有slot，并根据链接类型进行调用
5   QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, _a);
6 }

最后，这些信号都会通过moc创建的qt_metacall函数被调用：

 1 int MyObject::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
 2 {
 3   // 如果该函数已被基类调用，则直接返回
 4   _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
 5   if (_id < 0)
 6     return _id;
 7   // 根据函数的ID进行调用
 8   if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
 9     switch (_id) {
10     case 0: mySignal((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
11     case 1: mySlot((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
12     default: ;
13     }
14     // 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
15     _id -= 2;
16   }
17   return _id;
18 }