Qt 如何实现的 Meta Object

前面提到了 Qt 实现的一个关键性技术，signal/slot。由于 Qt 使用了一个 moc 预处理，因此我们肯定会想知道 Qt 如何通过 moc 实现前面所说对于程序员的优点的呢？我们先通过一个简单的例子看看如何使用 QObject 这一些概念实现最基本的调用过程。然后我们探讨 Qt 实现这种扩展的方式是什么，后面因为要与 Gtkmm 的实现互相比较，而 Gtkmm 使用的是 libsigc++ 实现的对象通信机制，而且不使用预编译，因此可以发现很多有意思的东西。 下面这个例子声明了一个简单的 QObject 的子类，counter.hpp 文件

#ifndef COUNTER_HPP
#define COUNTER_HPP
#include <iostream>
#include <qobject.h>

class Counter : public QObject {
Q_OBJECT
int value ;
signals:
void valueChanged( int ) ;
public slots:
void setValue( int ) ;
public:
Counter( int = 0 ) ;

friend std::ostream& operator<< ( std::ostream&, const Counter& ) ;
} ;
#endif

我们可以看见我们需要通过继承 QObject 类，并且在 private 段声明 Q_OBJECT，signal 和 slots 其实对应的可以理解为 signal 是一个 callback 函数的链表（因为可以一个 signal 激发多个 slots），而 slots 就是常意的函数，因此也分 public/protected/private，可以继承、可以重载。下面是以上 Counter 类的实现，counter.cpp 文件

#include <iostream>
#include "counter.hpp"

void
Counter::setValue( int val )
{
value = val ;
// emit the signal
emit valueChanged( value ) ;
}

Counter::Counter( int val ) : value( val ) {}

std::ostream&
operator<< ( std::ostream& os, const Counter& c )
{
return os << c.value ;
}

然后下面是调用的主程序 main.cpp 文件，

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include "counter.hpp"

using namespace std ;

int
main( int argc, char *argv[] )
{
Counter a, b( 10 ) ;

cout << "We have two counters, " << a
     << " and " << b << endl ;

QObject::connect( &a, SIGNAL( valueChanged(int) ),
                  &b, SLOT( setValue(int) ) ) ;

a.setValue( 12 ) ;
cout << "We have two counters, " << a
     << " and " << b << endl ;

b.setValue( 5 ) ;
cout << "We have two counters, " << a
     << " and " << b << endl ;

return 0 ;
}

我们需要首先在该目录中使用 qmake -project 生成一个 .pro 文件，该文件含有工程细节，然后使用 qmake 产生 Makefile，最后 make 就可以产生可执行文件了。我们看到在主程序中调用 QObject::connect 将一个 signal 和一个 slot 连接，这导致我们触发 a.setValue() 的时候 b 的相关函数也被调用了。 那么我们继续看看 make 之后出现了什么。除了目标代码和执行文件以外，还有一个 moc_counter.cpp，这是使用 moc 产生的一个中间文件，稍微研究该文件，我们就不难发现 Qt 实现这一过程的要点： 继承 QObject 是为了使用 QObject 里面定义的信号方面的函数，如 QObject::connect() 和 QObject::disconnect()、判定继承 QObject::inherits()、支持国际化 QObject::tr() 和 QObject::trUtf8()、属性 QObject::setProperty() 和 QObject::property()，而 Q_OBJECT 宏（定义在 [include]/qt4/QtCore/qobjectdefs.h）是为了在原来这个类中重新插入一个 const static 的 QMetaObject，这个将覆盖父类对应的 QMetaObject，该 QMetaObject 里面含有实现比 C++ 的 RTTI 更丰富功能以及 qobject_cast 等等的一个对象，因为该对象创建后不需要修改，整个 class 公用，所以是 const static 的，那个 moc_*.cpp 里面实际上就含有该 MetaObject 的初始化代码，编译的时候和自己实现的 .o 一起编译，最后连接的时候加入到可执行文件里面。 这个 MetaObject 的初始化 code 是

const QMetaObject Counter::staticMetaObject = {
{ &QObject::staticMetaObject, qt_meta_stringdata_Counter,
  qt_meta_data_Counter, 0 }
};

其中 string 的部分就是 slot 等，其实是以字符串形式存储的，当使用 SLOT/SIGNAL 宏的时候，应该是通过查寻字符串（这两个 macro 其实把代码转换成字符串传递给对应的函数）。 在 [include]/qt4/QtCore/qobjectdefs.h 里面有 MetaObject 类的定义，很多 QObject 的函数都是依赖这里面的函数的，比如 QMetaObject::connect()、QMetaObject::className()、QMetaObject::superClass() 等。通过预处理，同时把 signals 替换为 protected 而把 * slots 的 slots 去掉。我们可以通过 g++ -E 获得预处理后的源文件，我们会发现 signal 对应的 protected 部分没有实现代码，但是在生成的执行代码中却有，这部分难道是 template 产生的？