QT核心机制1:元对象系统

写在前面

这篇文章基本是对Qt官方文档某些章节的翻译理解了,翻译这些章节的原因是我认为这些是Qt中最核心的东西,翻译的过程也就是强迫自己认真去读它们的过程,我不会完全一字一句的照搬原文,而是按我自己的理解去翻译其中的重点,毕竟我的目的是理解它们,将它们按自己可以灵活使用的方式组织,而不是机械的把它们从一种语言转变成另一种语言。涉及的官方文档原文内容主要包括以下章节:

  1. The Meta-Object System 元对象系统
  2. The Property System 属性系统
  3. Signals & Slots 信号与槽

在这里约定,对原文的翻译用正常字体,个人的理解使用斜体字体。

总共分为三篇文章,本文章为对The Meta-Object System 元对象系统的翻译。

所有三篇翻译的链接:

QT核心机制1:元对象系统 – CodingLover

QT核心机制2:属性系统 – CodingLover

QT核心机制3:信号与槽 – CodingLover

元对象系统

总体介绍

Qt的元对象系统(meta-object)提供了用于内部对象通讯的信号与槽(signals & slots)机制,运行时类型信息,以及动态属性系统(dynamic property system)。

整个元对象系统基于三个东西建立:

  1. 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。
  2. 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
  3. 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

moc工具读取c++源文件。如果它找到一个或多个包含Q_OBJECT宏的类声明,它会生成另一个c++源文件,其中包含每个类的元对象代码。生成的源文件要么#include到类的源文件中,要么(更常见的情况)编译并链接到类的实现。

元对象操作与信息获取

除了提供对象之间通信的信号和槽机制(引入系统的主要原因),元对象代码还提供了以下附加特性:

  • QObject::metaObject(),此方法可以用于获取类中绑定的元对象。
  • QMetaObject::className(),此方法可以在运行时获取类的名字(以字符串形式),而不需要通过c++编译器提供的本机运行时类型信息(RTTI)支持。
  • QObject::inherits(),此方法用于判断某个对象是否是某个类的实例,要使用此方法,这个类或者它的父类必须继承自QObect类。
  • QObject::tr()以及QObject::trUtf8()这两个方法用于翻译字符串以方便实现国际化。大概是用于给应用程序设置多套语言的,没用过。
  • QObject::setProperty()和QObject::property()根据名称动态设置和获取属性。
  • QMetaObject::newInstance()用于构造一个新的QObject实例对象。

动态类型转换

还可以对QObject类使用qobject_cast()执行动态类型转换。qobject_cast()函数的行为类似于标准的c++ dynamic_cast(),其优点是它不需要RTTI支持,并且可以跨动态库边界工作。它尝试将其参数强制转换为尖括号中指定的指针类型,如果对象的类型正确(在运行时确定),则返回一个非零指针,如果对象的类型不兼容,则返回0。

例如,我们假设MyWidget继承自QWidget,并使用Q_OBJECT宏声明:

QObject *obj = new MyWidget;

类型为QObject *的obj变量实际上引用了一个MyWidget对象,因此我们可以适当地转换它:

QWidget *widget = qobject_cast<QWidget*>(obj);

从QObject转换到QWidget是成功的,因为对象实际上是一个MyWidget,它是QWidget的一个子类。因为我们知道obj是一个MyWidget,我们也可以将它强制转换为MyWidget *:

// 以下两种都可以
MyWidget *myWidget = qobject_cast<MyWidget*>(obj);
MyWidget *myWidget = qobject_cast<MyWidget*>(widget);

转换到MyWidget是成功的,因为qobject_cast()没有区分内置Qt类型和自定义类型。也就是说只要是继承了QObject类,并在类声明时使用了Q_OBJECT宏定义,那么哪怕是自定义得类也可以借助这套机制进行类型转换。这个东西可以类比于C语言中借助void类型的指针实现的动态类型转换,不过Qt的这套机制由于存在类型检查,比C语言的指针可安全得多了

// 以下操作会失败,返回0
QLabel *label = qobject_cast<QLabel*>(obj);

尝试将obj变量转换为QLabel类型将会失败,此时label变量赋值为0。因为虽然QLabel和MyWidget都继承了QObject,但是QLabel和MyWidget之间并不存在继承关系。MyWidget只能转换为它的父类,比如QWidget或QObject,或者再从它的父类转换回来

当然,借助这个特性我们基于对象的类型在运行时做出不同的处理。如下所示:

// 针对obj对象的不同类型设置不同的文本显示
if (QLabel *label = qobject_cast<QLabel *>(obj)) 
{
    label->setText(tr("Ping"));
} 
else if (QPushButton *button = qobject_cast<QPushButton *>(obj)) 
{
    button->setText(tr("Pong!"));
}

虽然可以在没有Q_OBJECT宏和元对象代码的情况下使用QObject作为基类,但如果没有使用Q_OBJECT宏,信号和插槽以及这里描述的其他特性都是不可用的。从元对象系统的角度来看,一个没有元代码的QObject子类相当于它有元对象代码的最近的祖先。这意味着,例如,QMetaObject::className()将不会返回您的类的实际名称,而是这个祖先的类名称。

因此,我们强烈建议QObject的所有子类都使用Q_OBJECT宏,无论它们是否实际使用信号、插槽和属性。

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