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Qt---之Q_OBJECT详解

孟雪风
2023-12-01

       信号和槽是Qt应用开发的基础,它可是将两个毫无关系的对象连接在一起,槽和普通的C++函数是一样的,只是当它和信号连接在一起后,当发送信号的时候,槽会自动被调用只有加入了Q_OBJECT,你才能使用QT中的signal和slot机制。

       所有QObject的派生类在官方文档中都推荐在头文件中放置宏Q_OBJECT,那么该宏到底为我们做了哪些工作?在qobjectdef.h中有下面的代码:

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#define Q_OBJECT \  
public: \  
  Q_OBJECT_CHECK \  
  static const QMetaObject staticMetaObject; \  
  Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT \  
  virtual const QMetaObject *metaObject() const; \  
  virtual void *qt_metacast(const char *); \  
  QT_TR_FUNCTIONS \  
  virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **); \  
private: 
        首先定义了一个Q_OBJECT_CHECK宏,这个宏在Q_OBJECT宏的上方定义:

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#define Q_OBJECT_CHECK \  
  template <typename T> inline void qt_check_for_QOBJECT_macro(const T &_q_argument) const \  
  { int i = qYouForgotTheQ_OBJECT_Macro(this, &_q_argument); i = i; } 
        Q_OBJECT_CHECK实现了一个模板函数,该函数调用了qYouForgotTheQ_OBJECT_Macro的函数,qYouForgotTheQ_OBJECT_Macro在宏Q_OBJECT_CHECK下面有定义:

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template <typename T>  
inline int qYouForgotTheQ_OBJECT_Macro(T, T) { return 0; }  
template <typename T1, typename T2>  
inline void qYouForgotTheQ_OBJECT_Macro(T1, T2) {}  

        从返回值情况上可以看到,调用的是有int返回值的那个模板函数。但是很不明白,为什么之后还要添加一句 i=i?,刨根之后,发现Q_OBJECT_CHECK宏并没有做什么工作。

然后Q_OBJECT又帮我们定义了一个静态的元对象,

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static const QMetaObject staticMetaObject; \  
Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT \  

        Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT宏从名字上看就是为了获取这个元对象,确实在定义了Q_NO_DATA_RELOCATION宏的情况下,Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT宏就为我们定义了获取静态元对象的方法。

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#ifdef Q_NO_DATA_RELOCATION  
#define Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT static const QMetaObject &getStaticMetaObject();  
#else  
#define Q_OBJECT_GETSTATICMETAOBJECT  
#endif  

        之后Q_OBJECT宏又给我们定义了连个虚函数用来获取元对象指针和设置源对象。

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virtual const QMetaObject *metaObject() const; \  
virtual void *qt_metacast(const char *); \  

        而定义的  QT_TR_FUNCTIONS 则表示是否支持I18N。

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#ifndef QT_NO_TRANSLATION  
# ifndef QT_NO_TEXTCODEC  
// full set of tr functions  
// ### Qt 5: merge overloads  
# define QT_TR_FUNCTIONS \  
  static inline QString tr(const char *s, const char *c = 0) \  
      { return staticMetaObject.tr(s, c); } \  
  static inline QString trUtf8(const char *s, const char *c = 0) \  
      { return staticMetaObject.trUtf8(s, c); } \  
  static inline QString tr(const char *s, const char *c, int n) \  
      { return staticMetaObject.tr(s, c, n); } \  
  static inline QString trUtf8(const char *s, const char *c, int n) \  
      { return staticMetaObject.trUtf8(s, c, n); }  
# else  
// no QTextCodec, no utf8  
// ### Qt 5: merge overloads  
# define QT_TR_FUNCTIONS \  
  static inline QString tr(const char *s, const char *c = 0) \  
      { return staticMetaObject.tr(s, c); } \  
  static inline QString tr(const char *s, const char *c, int n) \  
      { return staticMetaObject.tr(s, c, n); }  
# endif  
#else  
// inherit the ones from QObject  
# define QT_TR_FUNCTIONS  
#endif 

        只要有所实现,tr的方法就通过静态对象staticMetaObject的tr方法来实现。最后Q_OBJECT又定义了一个虚函数

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virtual int qt_metacall(QMetaObject::Call, int, void **);   

        看名字定义,应该是用来对元对象的调用。

        合起来看所有的Q_OBJECT定义,都是为了操作元对象,并没有所谓的信号和槽,属性等内容,很显然,QObject对象能够支持这些功能,必然是通过QMetaObject这个元对象来实现的。尽管QMetaObject对象的实现有些庞大,但这个是所有的QOBject中最核心的一个实现,因此需要仔细分析该对象的每个定义:

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struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject  
{  
  const char *className() const;                                    // 类名  
  const QMetaObject *superClass() const;                            // 父类的元对象  
  QObject *cast(QObject *obj) const;                                // 强制一个对象  
#ifndef QT_NO_TRANSLATION  
  // ### Qt 4: Merge overloads  
  QString tr(const char *s, const char *c) const;                       // 翻译函数  
  QString trUtf8(const char *s, const char *c) const;  
  QString tr(const char *s, const char *c, int n) const;  
  QString trUtf8(const char *s, const char *c, int n) const;  
#endif // QT_NO_TRANSLATION  
  int methodOffset() const;                                 // 方法偏移量  
  int enumeratorOffset() const;                             // 枚举偏移量  
  int propertyOffset() const;                                   // 属性偏移量  
  int classInfoOffset() const;                                  // 类信息数目  
  int constructorCount() const;                             // 构造函数数目  
  int methodCount() const;                                  // 方法数目  
  int enumeratorCount() const;                              // 枚举数据  
  int propertyCount() const;                                    // 属性数目  
  int classInfoCount() const;                                   // 类信息数目  
  int indexOfConstructor(const char *constructor) const;            // 构函函数索引  
  int indexOfMethod(const char *method) const;                  // 方法索引  
  int indexOfSignal(const char *signal) const;                  // 信号量索引  
  int indexOfSlot(const char *slot) const;                      // 槽索引  
  int indexOfEnumerator(const char *name) const;                // 枚举索引  
  int indexOfProperty(const char *name) const;                  // 属性索引  
  int indexOfClassInfo(const char *name) const;                 // 类信息索引  
  QMetaMethod constructor(int index) const;                 // 构造方法  
  QMetaMethod method(int index) const;                      // 方法  
  QMetaEnum enumerator(int index) const;                        // 枚举  
  QMetaProperty property(int index) const;                      // 属性  
  QMetaClassInfo classInfo(int index) const;                    // 类属性信息      
  QMetaProperty userProperty() const;                           // 用户属性  
///  
  static bool checkConnectArgs(const char *signal, const char *method);  
  static QByteArray normalizedSignature(const char *method);  
  static QByteArray normalizedType(const char *type);  
  // internal index-based connect  
  static bool connect(const QObject *sender, int signal_index,  
                      const QObject *receiver, int method_index,  
                      int type = 0, int *types = 0);  
  // internal index-based disconnect  
  static bool disconnect(const QObject *sender, int signal_index,  
                         const QObject *receiver, int method_index);  
  static bool disconnectOne(const QObject *sender, int signal_index,  
                            const QObject *receiver, int method_index);  
  // internal slot-name based connect  
  static void connectSlotsByName(QObject *o);  
  // internal index-based signal activation  
  static void activate(QObject *sender, int signal_index, void **argv); //obsolete  
  static void activate(QObject *sender, int from_signal_index, int to_signal_index, void **argv); //obsolete  
  static void activate(QObject *sender, const QMetaObject *, int local_signal_index, void **argv);  
  static void activate(QObject *sender, const QMetaObject *, int from_local_signal_index, int to_local_signal_index, void **argv); //obsolete  
  // internal guarded pointers  
  static void addGuard(QObject **ptr);  
  static void removeGuard(QObject **ptr);  
  static void changeGuard(QObject **ptr, QObject *o);  
  static bool invokeMethod(QObject *obj, const char *member,  
                           Qt::ConnectionType,  
                           QGenericReturnArgument ret,  
                           QGenericArgument val0 = QGenericArgument(0),  
                           QGenericArgument val1 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val2 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val3 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val4 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val5 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val6 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val7 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val8 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val9 = QGenericArgument());  
  static inline bool invokeMethod(QObject *obj, const char *member,  
                           QGenericReturnArgument ret,  
                           QGenericArgument val0 = QGenericArgument(0),  
                           QGenericArgument val1 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val2 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val3 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val4 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val5 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val6 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val7 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val8 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val9 = QGenericArgument())  
  {  
      return invokeMethod(obj, member, Qt::AutoConnection, ret, val0, val1, val2, val3,  
              val4, val5, val6, val7, val8, val9);  
  }  
  static inline bool invokeMethod(QObject *obj, const char *member,  
                           Qt::ConnectionType type,  
                           QGenericArgument val0 = QGenericArgument(0),  
                           QGenericArgument val1 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val2 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val3 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val4 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val5 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val6 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val7 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val8 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val9 = QGenericArgument())  
  {  
      return invokeMethod(obj, member, type, QGenericReturnArgument(), val0, val1, val2,  
                               val3, val4, val5, val6, val7, val8, val9);  
  }  
  static inline bool invokeMethod(QObject *obj, const char *member,  
                           QGenericArgument val0 = QGenericArgument(0),  
                           QGenericArgument val1 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val2 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val3 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val4 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val5 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val6 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val7 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val8 = QGenericArgument(),  
                           QGenericArgument val9 = QGenericArgument())  
  {  
      return invokeMethod(obj, member, Qt::AutoConnection, QGenericReturnArgument(), val0,  
              val1, val2, val3, val4, val5, val6, val7, val8, val9);  
  }  
  QObject *newInstance(QGenericArgument val0 = QGenericArgument(0),  
                       QGenericArgument val1 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val2 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val3 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val4 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val5 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val6 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val7 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val8 = QGenericArgument(),  
                       QGenericArgument val9 = QGenericArgument()) const;  
  enum Call {  
      InvokeMetaMethod,  
      ReadProperty,  
      WriteProperty,  
      ResetProperty,  
      QueryPropertyDesignable,  
      QueryPropertyScriptable,  
      QueryPropertyStored,  
      QueryPropertyEditable,  
      QueryPropertyUser,  
      CreateInstance  
  };  
  int static_metacall(Call, int, void **) const;  
  static int metacall(QObject *, Call, int, void **);  
#ifdef QT3_SUPPORT  
  QT3_SUPPORT const char *superClassName() const;  
#endif  
  struct { // private data  
      const QMetaObject *superdata;                         // 父类  
      const char *stringdata;                               // 类名  
      const uint *data;                                     // 任意指向数据的指针  
      const void *extradata;                                    // 扩展数据  
  } d;  
}; 

        QMetaObject就内部一个结构体对象,包含了四个部分,分别是父类对象,自己元对象的名称,以及一个指针任意值的指针数据和扩展数据,一般情况下,d.data表示的是QMetaObjectPrivate对象指针,在priv函数中可以找到一些痕迹:

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static inline const QMetaObjectPrivate *priv(const uint* data)  
{ return reinterpret_cast<const QMetaObjectPrivate*>(data); }  

       按照Qt的实现惯例,使用Private对象做一些具体的工作,于是就有了QMetaObjectPrivate和QObjectPrivate

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struct QMetaObjectPrivate                               // 注意是一个结构体  
{  
  int revision;                                         // 版本  
  int className;                                        // 类名,注意类型  
  int classInfoCount, classInfoData;                        // 类信息数据和数量  
  int methodCount, methodData;                          // 方法数据和数量  
  int propertyCount, propertyData;                      // 属性数据和数量  
  int enumeratorCount, enumeratorData;                  // 枚举数据和数量  
  int constructorCount, constructorData; //since revision 2     // 构造函数数据和数量      
  int flags; //since revision 3                             // 标记  
  int signalCount; //since revision 4                       // 信号量数目  
  // revision 5 introduces changes in normalized signatures, no new members  
  // 从元数据中获取QMetaObjectPrivate对象指针,从data中得到!!  
  static inline const QMetaObjectPrivate *get(const QMetaObject *metaobject)  
  { return reinterpret_cast<const QMetaObjectPrivate*>(metaobject->d.data); }   
  static int indexOfSignalRelative(const QMetaObject **baseObject,  
                                   const char* name,  
                                   bool normalizeStringData);  
  static int indexOfSlot(const QMetaObject *m,  
                         const char *slot,  
                         bool normalizeStringData);  
  static int originalClone(const QMetaObject *obj, int local_method_index);  
#ifndef QT_NO_QOBJECT  
  //defined in qobject.cpp  
  enum DisconnectType { DisconnectAll, DisconnectOne };  
  static bool connect(const QObject *sender, int signal_index,  
                      const QObject *receiver, int method_index,  
                      int type = 0, int *types = 0);  
  static bool disconnect(const QObject *sender, int signal_index,  
                         const QObject *receiver, int method_index,  
                         DisconnectType = DisconnectAll);  
  static inline bool disconnectHelper(QObjectPrivate::Connection *c,  
                                      const QObject *receiver, int method_index,  
                                      QMutex *senderMutex, DisconnectType);  
#endif  
}; 

==================================================================

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class Q_CORE_EXPORT QObjectPrivate : public QObjectData  
{  
  Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)  
public:  
  struct ExtraData                      // 定义额外数据  
  {  
      ExtraData() {}  
#ifndef QT_NO_USERDATA  
      QVector<QObjectUserData *> userData;  
#endif  
      QList<QByteArray> propertyNames;                    // 属性名列表  
      QList<QVariant> propertyValues;                     // 属性值    
  };  
  struct Connection                                     // 定义连接信息  
  {  
      QObject *sender;                                  // 发送者  
      QObject *receiver;                                    // 接受者  
      int method;                                           // 方法  
      uint connectionType : 3; // 0 == auto, 1 == direct, 2 == queued, 4 == blocking  
      QBasicAtomicPointer<int> argumentTypes;             // 参数类型  
      // The next pointer for the singly-linked ConnectionList  
      Connection *nextConnectionList;                       // 下一个连接对象列表  
      //senders linked list  
      Connection *next;                                 // 下一个连接  
      Connection **prev;                                    // 上一个连接  
      ~Connection();  
  };  
  // ConnectionList is a singly-linked list  
  struct ConnectionList {                                   // 定义连接列表  
      ConnectionList() : first(0), last(0) {}                 
      Connection *first;                                    // 连接首  
      Connection *last;                                 // 连接尾  
  };  
  struct Sender                                         // 定义发送者  
  {  
      QObject *sender;                                  // 发送者  
      int signal;                                           // 信号  
      int ref;                                              // 引用计数  
  };  
  QObjectPrivate(int version = QObjectPrivateVersion);  
  virtual ~QObjectPrivate();  
  void deleteChildren();                                        // 删除所有子节点  
  void setParent_helper(QObject *);                             // 设置父节点  
  void moveToThread_helper();                                   // 转到某个线程中  
  void setThreadData_helper(QThreadData *currentData, QThreadData *targetData); // 设置线程数据  
  void _q_reregisterTimers(void *pointer);                          // 设置注册时间  
  bool isSender(const QObject *receiver, const char *signal) const; // 判断信号量是否为发送者  
  QObjectList receiverList(const char *signal) const;               // 接受信号的对象列表  
  QObjectList senderList() const;                               // 发出信息列表  
  void addConnection(int signal, Connection *c);                // 添加一个信号连接  
  void cleanConnectionLists();                              // 清理连接列表  
#ifdef QT3_SUPPORT  
  void sendPendingChildInsertedEvents();  
  void removePendingChildInsertedEvents(QObject *child);  
#endif  
  static inline Sender *setCurrentSender(QObject *receiver,  
                                  Sender *sender);          // 设置当前发送者  
  static inline void resetCurrentSender(QObject *receiver,  
                                 Sender *currentSender,  
                                 Sender *previousSender);   // 重置当前发送者  
  static int *setDeleteWatch(QObjectPrivate *d, int *newWatch); // 设置删除监听  
  static void resetDeleteWatch(QObjectPrivate *d, int *oldWatch, int deleteWatch);  // 重置删除监听  
  static void clearGuards(QObject *);                   // 清除管理者  
  static QObjectPrivate *get(QObject *o) {          // 从QObject对象中获取QObjectPrivate    
      return o->d_func();  
  }  
  int signalIndex(const char *signalName) const;            // 信号索引  
  inline bool isSignalConnected(uint signalIdx) const;      // 判断是否为信号连接  
public:  
  QString objectName;                                   // 对象名字  
  ExtraData *extraData;   // extra data set by the user     // 额外数据  
  QThreadData *threadData; // id of the thread that owns the object     // 线程数据  
  QObjectConnectionListVector *connectionLists;                 // 连接列表数组  
  Connection *senders;    // linked list of connections connected to this object  // 发送者连接  
  Sender *currentSender;  // object currently activating the object         // 当前发送者  
  mutable quint32 connectedSignals[2];                      // 连接信号  
#ifdef QT3_SUPPORT  
  QList<QObject *> pendingChildInsertedEvents;  
#else  
  // preserve binary compatibility with code compiled without Qt 3 support  
  // keeping the binary layout stable helps the Qt Creator debugger  
  void *unused;                                     // 保留  
#endif  
  QList<QPointer<QObject> > eventFilters;  
  union {  
      QObject *currentChildBeingDeleted;                // 当前子节点被删除  
      QAbstractDeclarativeData *declarativeData; //extra data used by the declarative module  
  };  
  // these objects are all used to indicate that a QObject was deleted  
  // plus QPointer, which keeps a separate list  
  QAtomicPointer<QtSharedPointer::ExternalRefCountData> sharedRefcount; // 共享引用计数  
  int *deleteWatch;         // 删除监听者  
}; 
        QObjectPrivate从QObjectData派生下来:



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class  
#if defined(__INTEL_COMPILER) && defined(Q_OS_WIN)  
Q_CORE_EXPORT  
#endif  
QObjectData {  
public:  
  virtual ~QObjectData() = 0;  
  QObject *q_ptr;                               // 当前指向的QOBject  
  QObject *parent;                              // 指向的QObject父类   
  QObjectList children;                         // 孩儿们  
  uint isWidget : 1;                                // 是否为widget的标记   
  uint pendTimer : 1;                           // 开启时钟  
  uint blockSig : 1;                                // 阻塞信号标记  
  uint wasDeleted : 1;                          // 是否参数标记  
  uint ownObjectName : 1;                       // 是否含有对象名标记  
  uint sendChildEvents : 1;                     // 发送到子对象时间标记  
  uint receiveChildEvents : 1;                  // 接受子对象时间标记  
  uint inEventHandler : 1;                      // 是否有事件句柄标记  
  uint inThreadChangeEvent : 1;                 // 线程更改时间标记  
  //是否有守护标记  
  uint hasGuards : 1; //true iff there is one or more QPointer attached to this object  
  uint unused : 22;                             // 保留  
  int postedEvents;                             // 发送的数据  
  QMetaObject *metaObject; // assert dynamic            // 元对象  
};  
        QObjectData保留一些了基本的数据信息



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#define Q_DECLARE_PUBLIC(Class)                                   \  
  inline Class* q_func() { return static_cast<Class *>(q_ptr); } \  
  inline const Class* q_func() const { return static_cast<const Class *>(q_ptr); } \  
  friend class Class;  

        在元对象中获取类名和父类的方式很简单,直接即可。

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inline const char *QMetaObject::className() const  
{ return d.stringdata; }  
inline const QMetaObject *QMetaObject::superClass() const  
{ return d.superdata; }  

        元对象中cast函数的实现

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QObject *QMetaObject::cast(QObject *obj) const  
{  
  if (obj) {  
      const QMetaObject *m = obj->metaObject();  
      do {  
          if (m == this)  
              return const_cast<QObject*>(obj);  
      } while ((m = m->d.superdata));  
  }  
  return 0;  
}  

        如果对象obj存在,则对每一个obj的父类的源对象进行转换,如果是当前的元对象,则进行返回,否则返回0,也就是cast函数是在obj中查找当前元对象所在的QObject对象。

 

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