Qt“灵魂”之Meta-Object系统
一、meta-object简介
meta-object即是qt的元对象系统，下文都以元对象系统进行描述。在qt中，具有标志性特征的则是信号和槽函数机制，该机制的背后实现本质上则是元对象系统。编写qt代码的时候，在定义类的时候，需要放置一个q_object，为什么呢？后文会描述到，例如如下代码：
image-20230207220020441
q_object本质上是一个宏定义，在进行qt开发时，所有qobject的派生类都推荐在头文件中放置q_object宏定义，该宏定义如下（出自qobjectdefs.h文件）：
#define q_object public: qt_warning_push q_object_no_override_warning static const qmetaobject staticmetaobject; virtual const qmetaobject *metaobject() const; virtual void *qt_metacast(const char *); virtual int qt_metacall(qmetaobject::call, int, void **); qt_tr_functions private: q_object_no_attributes_warning q_decl_hidden_static_metacall static void qt_static_metacall(qobject *, qmetaobject::call, int, void **); qt_warning_pop struct qprivatesignal {}; qt_annotate_class(qt_qobject, )
qt中，元对象系统包含了支持元对象系统的程序，宏定义，基类，接口函数。这些东西共同构成了qt的元对象系统：
（1）qobject为想要使用元对象系统的对象提供了基类。
（2）q_object宏用于启动元对象特性，例如：动态属性、信号和槽函数机制等。
（3）元对象编译器（moc）为每个qobject子类生成实现元对象特性所需要的代码。
在实际qt程序设计中，在派生自qobject的类定义中加上q_object后，则可以使用元对象系统所支持的特性了。
二、元对象系统背后机制
如果在派生自qobject的类定义中加上了q_object后，在编译构建过程中，元对象系统的moc工具（本文以windows平台为例，该工具则位于具体qt版本目录下的bin目录中）
在windows命令行下运行，可获知如下信息：
在qtcreator集成开发环境中，当点击构建按钮后，qtcreator会自动调用moc工具，该工具会读取一个c++源文件，如果它发现一个或多个包含q_object宏的类声明，那么则会生成另外一个c++源文件，源文件中包含每个类的元对象代码。接着，生成的源文件要么被#include包含到类的源文件中，要么被编译并链接到类的实现中。例如下列一个简单的项目工程，源码结构如下：
从上图可知，工程中包含了一个main.cpp、一个主窗口描述文件mainwindow.cpp/.h、一个stylesheeteditor.cpp/.h文件，由于mainwindow.cpp/.h、stylesheeteditor.cpp/.h支持qt的元对象系统，在编译构建过程中，则会生成支持元对象系统的中间文件，如下图所示：
从上图可知，这些文件都以moc_xxx方式进行命名，最后结合其他的文件生成了程序可执行体（stylesheet.exe），整个过程可如下图所示（windows平台）：
三、再谈元对象系统
除了提供对象之间通信的信号和槽函数机制（这是引入该系统的主要原因），元对象系统还提供以下的功能：
（1）object::metaobject()：返回类的关联元对象。
（2）qmetaobject::classname()：在运行时以字符串的形式返回类名，而不需要通过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继承树中继承指定类实例。
（4）qobject::tr()和qobject::trutf8()为国际化翻译字符串。
（5）qobject::setproperty()和qobject::property()根据名称动态设置和获取属性。
（6）qmetaobject::newinstance()：构造类的新实例。
除了上述所列的功能，还可以使用qobject_cast()对qobject类执行动态强制类型转换，qobject_cast()函数的行为类似于标准c++ 的dynamic_cast()，它的优点是不需要rtti支持，并且可以跨动态库工作。该函数尝试将其参数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），则返回非零指针；如果对象的类型不兼容，则返回nullptr。
例如，假设有一个mywidget继承自qwidget，并使用了q_object宏声明，然后使用new创建该实例：
qobject *obj = new mywidget;
类型为qobject *的obj变量实际上引用了一个mywidget对象，所以我们可以对它进行适当的类型转换，如下代码：
qwidget *widget = qobject_cast(obj);
从qobject到qwidget的转换是成功的，因为该对象实际上是一个mywidget，它是qwidget的一个子类。既然知道obj是一个mywidget，我们也可以将它cast到mywidget *，如下代码：
mywidget *mywidget = qobject_cast(obj);
上述代码对mywidget的转换是也成功的，因为qobject_cast()在内置qt类型和自定义类型之间没有区别。
然而对于下列代码：
qlabel *label = qobject_cast(obj);
对qlabel的强制转换将失败，会将指针设置为0。因此可以在运行时处理不同类型的对象，例如：
if (qlabel *label = qobject_cast(obj)) { label->settext(tr(iriczhao)); } else if (qpushbutton *button = qobject_cast(obj)) { button->settext(tr(嵌入式小生)); }
上述代码使用qobject_case()对obj进行了向qlabel和qpushbutton的强制转换，如果转换成功，则设置对应的显示文本。
四、小生总结
在实际qt开发过程中，虽然可以在没有q_object宏和元对象代码的情况下将qobject作为基类，但如果没有使用q_object宏，则信号和槽函数机制或在本文中描述的其他特性都不能使用。从元对象系统的角度来看，一个没有元代码的qobject子类等价于它最近的有元对象代码的祖先。这意味着，例如，qmetaobject::classname()将不会返回自己类的实际名称，而是这个祖先的类名称。
因此，在实际qt开发过程中，无论实际上是否使用了信号和槽函数机制，都强烈建议qobject的所有子类都使用q_object宏。
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image-20230207220020441
q_object本质上是一个宏定义，在进行qt开发时，所有qobject的派生类都推荐在头文件中放置q_object宏定义，该宏定义如下（出自qobjectdefs.h文件）：
#define q_object public: qt_warning_push q_object_no_override_warning static const qmetaobject staticmetaobject; virtual const qmetaobject *metaobject() const; virtual void *qt_metacast(const char *); virtual int qt_metacall(qmetaobject::call, int, void **); qt_tr_functions private: q_object_no_attributes_warning q_decl_hidden_static_metacall static void qt_static_metacall(qobject *, qmetaobject::call, int, void **); qt_warning_pop struct qprivatesignal {}; qt_annotate_class(qt_qobject, )
qt中，元对象系统包含了支持元对象系统的程序，宏定义，基类，接口函数。这些东西共同构成了qt的元对象系统：
（1）qobject为想要使用元对象系统的对象提供了基类。
（2）q_object宏用于启动元对象特性，例如：动态属性、信号和槽函数机制等。
（3）元对象编译器（moc）为每个qobject子类生成实现元对象特性所需要的代码。
在实际qt程序设计中，在派生自qobject的类定义中加上q_object后，则可以使用元对象系统所支持的特性了。
二、元对象系统背后机制
如果在派生自qobject的类定义中加上了q_object后，在编译构建过程中，元对象系统的moc工具（本文以windows平台为例，该工具则位于具体qt版本目录下的bin目录中）
在windows命令行下运行，可获知如下信息：
在qtcreator集成开发环境中，当点击构建按钮后，qtcreator会自动调用moc工具，该工具会读取一个c++源文件，如果它发现一个或多个包含q_object宏的类声明，那么则会生成另外一个c++源文件，源文件中包含每个类的元对象代码。接着，生成的源文件要么被#include包含到类的源文件中，要么被编译并链接到类的实现中。例如下列一个简单的项目工程，源码结构如下：
从上图可知，工程中包含了一个main.cpp、一个主窗口描述文件mainwindow.cpp/.h、一个stylesheeteditor.cpp/.h文件，由于mainwindow.cpp/.h、stylesheeteditor.cpp/.h支持qt的元对象系统，在编译构建过程中，则会生成支持元对象系统的中间文件，如下图所示：
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除了提供对象之间通信的信号和槽函数机制（这是引入该系统的主要原因），元对象系统还提供以下的功能：
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（2）qmetaobject::classname()：在运行时以字符串的形式返回类名，而不需要通过c++编译器提供本地运行时类型信息(rtti)支持。
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qwidget *widget = qobject_cast(obj);
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mywidget *mywidget = qobject_cast(obj);
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