Qt之元对象系统

Qt的元对象系统提供了信号和槽机制（用于对象间的通信）、运行时类型信息和动态属性系统。

元对象系统基于三个要素：

1、QObject类为那些可以利用元对象系统的对象提供了一个基类。
2、在类声明中使用Q_OBJECT宏用于启用元对象特性，比如动态属性、信号和槽。
3、元对象编译器（moc）为每个QObject子类提供必要的代码来实现元对象特性。

moc工具读取C++源文件，如果发现一个或多个包含Q_OBJECT宏的类声明，它会生成另一个C++源文件，其中包含了这些类的每个元对象的代码。这个生成的源文件被#include进入类的源文件，更常见的是被编译并链接到类的实现中。

引入这个系统的主要原因是信号和槽机制，此外它还提供了一些额外功能：

1、QObject::metaObject() 返回与该类相关联的元对象。

2、QMetaObject::className() 在运行时以字符串形式返回类名，而无需通过 C++ 编译器提供本地运行时类型信息（RTTI）支持。

3、QObject::inherits() 函数返回一个对象是否是在 QObject 继承树内继承了指定类的实例。

4、QObject::tr() 和 QObject::trUtf8() 用于国际化的字符串翻译。

5、QObject::setProperty() 和 QObject::property() 动态地通过名称设置和获取属性。

6、QMetaObject::newInstance() 构造该类的新实例。

QMetaObject类包含有关Qt对象的元信息。每个在应用程序中使用的QObject子类都会创建一个QMetaObject实例，该实例存储了该QObject子类的所有元信息。此对象可通过QObject::metaObject()方法获得。
 

QMetaObject定义：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject{//...struct { // private dataconst QMetaObject *superdata;const QByteArrayData *stringdata;const uint *data;typedef void (*StaticMetacallFunction)(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **);StaticMetacallFunction static_metacall;const QMetaObject * const *relatedMetaObjects;void *extradata; //reserved for future use} d;
}

QMetaObject是个结构体，没有构造函数。忽略掉所有方法声明，只剩一个结构体变量。

QMetaObject的变量会在moc_*.cpp文件中赋值：

//moc_mainwindow.cpp
QT_INIT_METAOBJECT const QMetaObject MainWindow::staticMetaObject = { {&QMainWindow::staticMetaObject,qt_meta_stringdata_MainWindow.data,qt_meta_data_MainWindow,qt_static_metacall,nullptr,nullptr
} };

对于const QMetaObject *superdata = &QMainWindow::staticMetaObject;
MainWindow的staticMetaObject的superdata持有了QMainWindow的staticMetaObject，说明MainWindow可以访问QMainWindow的staticMetaObject。

做个小测试：

//mainwindow.cpp
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{//...const QMetaObject *metaDta = staticMetaObject.d.superdata;while(metaDta){qDebug() << metaDta->className();metaDta = metaDta->d.superdata;}
}/*
输出结果：
QMainWindow
QWidget
QObject
*/

从这输出结果看，我们可以看出任何类的staticMetaObject都持有了父类的staticMetaObject。

对于const QByteArrayData *stringdata = qt_meta_stringdata_MainWindow.data;

在moc文件里找到qt_meta_stringdata_MainWindow变量：

//moc_mainwindow.cpp
static const qt_meta_stringdata_MainWindow_t qt_meta_stringdata_MainWindow = {{
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10) // "MainWindow"},"MainWindow"
};

qt_meta_stringdata_MainWindow是一个qt_meta_stringdata_MainWindow_t类型，这里对它进行了初始化。继续找到qt_meta_stringdata_MainWindow_t的定义：

//moc_mainwindow.cpp
struct qt_meta_stringdata_MainWindow_t {QByteArrayData data[1];char stringdata0[11];
};

也就是说stringdata的值为QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10) // "MainWindow"。

QT_MOC_LITERAL的定义：

//moc_mainwindow.cpp
#define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_MainWindow_t, stringdata0) + ofs \- idx * sizeof(QByteArrayData)) \)

这个宏的作用是创建一个静态的 QByteArrayData 结构体，该结构体包含了字符串字面值的元数据。再结合注释我们推断stringdata代表"MainWindow"字符串，这里似乎是保存的类名MainWindow。从变量名qt_meta_stringdata_MainWindow推断，这个变量应该就是保存的元对象相关的字符串字面量，但我们默认工程没有元对象，我们在代码中加一个signal：

//mainwindow.h
signals:void sigTest();

重新编译，可以看到，qt_meta_stringdata_MainWindow变量的初始化有所改变，从注释看明显包含了我们所加信号的名称：

//moc_mainwindow.cpp
static const qt_meta_stringdata_MainWindow_t qt_meta_stringdata_MainWindow = {{
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10), // "MainWindow"
QT_MOC_LITERAL(1, 11, 7), // "sigTest"
QT_MOC_LITERAL(2, 19, 0) // ""},"MainWindow\0sigTest\0"
};

对于const uint *data = qt_meta_data_MainWindow；

在moc文件中找到qt_meta_data_MainWindow定义，它是一个uint数组，目前还看不出它的作用。

//moc_mainwindow.cpp
static const uint qt_meta_data_MainWindow[] = {// content:8,       // revision0,       // classname0,    0, // classinfo0,    0, // methods0,    0, // properties0,    0, // enums/sets0,    0, // constructors0,       // flags0,       // signalCount0        // eod
};

对于StaticMetacallFunction static_metacall = qt_static_metacall;

在moc文件里找到qt_static_metacall定义，如果是默认工程，似乎也不做什么：

//moc_mainwindow.cpp
void MainWindow::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{Q_UNUSED(_o);Q_UNUSED(_id);Q_UNUSED(_c);Q_UNUSED(_a);
}

对于const QMetaObject * const *relatedMetaObjects = nullptr;和void *extradata = nullptr;暂时不讨论。

我们目前找到了staticMetaObject初始化的位置，知道它被赋值了一些数据结构，这些数据结构都和moc相关。

我们看看QMetaObject的其他成员。

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{class Connection;//...
}class Q_CORE_EXPORT QMetaObject::Connection {//...
};

Connection，QMetaObject的内部类，它代表了信号-槽的连接，那就是说我们平常使用的connect都和它相关，是个非常重要的角色。

我们可以看看我们一般使用的connect的定义:

//qobject.h
template <typename Func1, typename Func2>static inline typename std::enable_if<QtPrivate::FunctionPointer<Func2>::ArgumentCount == -1, QMetaObject::Connection>::typeconnect(/*...*/){//...return connectImpl(/*...*/);}

调用了connectImpl()：

//qobject.h
static QMetaObject::Connection connectImpl(/*...*/);

的确是返回了QMetaObject::Connection，由此可见Connection是信号-槽系统的关键角色，它代表了一个建立的连接。

再看看其他接口：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{//...//基本信息const char *className() const;const QMetaObject *superClass() const;bool inherits(const QMetaObject *metaObject) const Q_DECL_NOEXCEPT;//和类信息相关int classInfoOffset() const;int classInfoCount() const;int indexOfClassInfo(const char *name) const;QMetaClassInfo classInfo(int index) const;//和方法相关int methodOffset() const;int methodCount() const;int indexOfMethod(const char *method) const;QMetaMethod method(int index) const;//和枚举相关int enumeratorOffset() const;int enumeratorCount() const;int indexOfEnumerator(const char *name) const;QMetaEnum enumerator(int index) const;//和属性相关int propertyOffset() const;int propertyCount() const;int indexOfProperty(const char *name) const;QMetaProperty property(int index) const;QMetaProperty userProperty() const;//和构造器相关int constructorCount() const;int indexOfConstructor(const char *constructor) const;QMetaMethod constructor(int index) const;//和信号、槽相关int indexOfSignal(const char *signal) const;int indexOfSlot(const char *slot) const;static bool checkConnectArgs(const char *signal, const char *method);static bool checkConnectArgs(const QMetaMethod &signal,const QMetaMethod &method);static QByteArray normalizedSignature(const char *method);static QByteArray normalizedType(const char *type);//...
}

这些方法几乎提供了获取所有"元成员"信息的方式，包括构造器、方法、属性等，之所以说“元成员”，是因为被Q_INVOKABLE、Q_PROPERTY等宏修饰的成员才具有"元能力"。

和信号-槽相关的接口：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{// internal index-based connectstatic Connection connect(const QObject *sender, int signal_index,const QObject *receiver, int method_index,int type = 0, int *types = nullptr);// internal index-based disconnectstatic bool disconnect(const QObject *sender, int signal_index,const QObject *receiver, int method_index);//...// internal index-based signal activationstatic void activate(QObject *sender, int signal_index, void **argv);//...
}

从注释来看，这些接口用于内部，是以索引为基础的一些方法。

接下来是很多重载或者模板的invokeMethod()：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{//...invokeMethod(/*...*/);//...
}

用于调用obj的信号或者槽。

接下来是newInstance()：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{//...QObject *newInstance(/*...*/);//...
}

它是用来调用构造函数的。

觉得有帮助的话，打赏一下呗。。