QT Embedded二三事之QObject的元对象

一、元对象

元对象被称做是meta object.在运行时刻(runtime)，能够提供对象的运行时信息。

在C++语言发展的早期，C++语言本身没有定义对象的运行时信息，如输出类的名称，父类的名称，判断对象的继承关系等等。虽然新的C++语言增加了RTTI，但还是不够的。这些信息在面向对象编程和调试程序过程中是非常有用的。因此不同的类库采取了不同的方式来扩展语言。
MFC的实现方式是宏定义：如

DECLARE_DYNAMIC,DECLARE_DYNCREATE,DECLARE_SERIAL。这种实现方式没有扩展语言本身，因此可以不加处理的兼容所有的C++编译器。
QT的实现方式是宏定义加moc编译，定义宏Q_OBJECT，并对语言本身做了部分扩展，因此需要用QT的moc编译器特殊处理一下，产生一个moc_XXX.cpp的文件，然后就可以使用通用C++编译器编译了。
Q_OBJECT的定义如下：

#define Q_OBJECT \
public: \
virtual QMetaObject *metaObject() const { \
return staticMetaObject(); \
} \
virtual const char *className() const; \
virtual void* qt_cast( const char* ); \
virtual bool qt_invoke( int, QUObject* ); \
virtual bool qt_emit( int, QUObject* ); \
QT_PROP_FUNCTIONS \
static QMetaObject* staticMetaObject(); \
QObject* qObject() { return (QObject*)this; } \
QT_TR_FUNCTIONS \
private: \
static QMetaObject *metaObj;

从定义上看，QT的元对象信息主是通过QMetaObject对象来管理的，每一个类都会增加一个static QMetaObject *metaobj。QMetaObject中包含三部分信息：
(1)className,superclassname
这是用来判断对象的继承关系的,是实现QObject::isA(const char *classname)和QObject::inherits(const char *classname)的基础。
(2)用来实现Q_PROPERTY的property信息。
(3)用来实现signal/slot的信息

二、 signal/slot

signal/slot机制是QT最具特色的特性。signal/slot巧妙的简单的实现了面向对象编程中经常使用的观察者模式(observer,或称为消息预定模式)。同时也封装了callback机制，一定程度上保证了callback函数的类型安全。

从实现上来看，signal/slot需要QMetaObject和moc编译器的支持。signal和slot实际上是两种类函数，分别需要在类函数声明前面加signals和slots两个宏。
以QButton的一个signals和slots为例说明实现过程：

class Q_EXPORT QButton : public QWidget
{
Q_OBJECT
.........
signals:
void pressed();
................
public slots:
void animateClick();
};

(1)signal/slot机制需要增加Q_OBJECT声明，signal/slot是元对象信息，需要QMetaObject的支持。

(2)signals、slots、emit都是宏，从定义上看，都是空值。对C++编译器编译没有任何影响。实际上，这三个宏都是给QT的moc编译器使用的。moc编译器会对标记为signals和slots的函数编号，方便的实现（编号，函数名字，函数地址)三者之间的转换。同时实现了标记为signals的函数。因此pressed()函数的是由moc编译器实现的，不需要用户实现，具体内容在moc_qbutton.cpp中。

(3)connect/disconnect
这两个函数的定义如下：
QObject::connect( const QObject *sender, const char *signal, const QObject *receiver, const char *member )
QObject::disconnect( const QObject *sender, const char *signal, const QObject *receiver, const char *member )

QMetaObject中会为每一个signal建立一个QConnectList列表，记录着连接到这个signal的所有receiver和其slot函数。 connect就是在QConnectList中增加一项，让sender的QMetaObject记住。disconnect的作用相反。

(4)emit pressed()

emit是一个宏，但是一个空值，因此emit pressed()==pressed()。pressed()是由moc编译器实现的。 QButton::pressed()就是把通过QConnectList把所连接的receiver和其member函数找出来，然后按先后顺序调用receiver->member()，由于是一个list，所以是先连接的slot先执行。这与Observer模式中的实现是一致的。

从上面的分析来看，signal/slot是同步直接调用。实现有些复杂，效率上比callback函数也慢一些，但是对于面向对象编程来说，非常符合对象之间低耦合的思想，减少了对象之间的依赖。使用起来也灵活。函数接口也可以任意组合。的确是QT的特色。

使用过程中，也需要注意如下几点：
(1)QT的signal和unix操作系统的signal是不同的，unix的signal是进程之间的一种通讯方式，QT的signal是对象之间的一种消息传递方式，不是一个层面的概念。
(2)slot函数的返回值是没有意义的，signal函数是由moc编译器实现的，从具体实现来看，不关心slot函数的返回值。
(3)根据目前的实现，slot函数的被执行是有顺序的，但是这要依赖于目前的实现，以后或许会变
(4)signal/slot和(public,protected,private)没有冲突,private的函数也可以是signal/slot
(4)slot函数可以是虚函数吗？
(5)signal函数可以是虚函数吗？

三、 event机制
在面象对象编程中，对象是核心。对象之间的需要通讯，对象A需要给对象B发消息。A对象向怎么才能向B对象发消息message? 一般需要把message定义成B对象的一个函数，然后由A对象调用b->message.这种实现不灵活，每个message都要定义函数。
在UI系统中，不同的widget会经常发各种消息，要用上面的方式肯定是不行的。通常UI系统都会把这些消息和消息参数规范化。QT把消息类型和消息参数都封装到QEvent及其子类中，同时定义了QObject::event(QEvent *e)函数来处理各种QEvent，并且在此基础上实现了消息钩子和消息拦截等功能。这就是QT的event机制，下面详细介绍一下具体实现。

1.QEvent
QEvent封装了消息类型和消息参数，还有一些属性。下面是其实现代码：

class Q_EXPORT QEvent: public Qt // event base class
{
public:
enum Type {
None = 0, // invalid event
Timer = 1, // timer event
MouseButtonPress = 2, // mouse button pressed
MouseButtonRelease = 3, // mouse button released
MouseButtonDblClick = 4, // mouse button double click
MouseMove = 5, // mouse move
KeyPress = 6, // key pressed
KeyRelease = 7, // key released
FocusIn = 8, // keyboard focus received
FocusOut = 9, // keyboard focus lost
Enter = 10, // mouse enters widget
Leave = 11, // mouse leaves widget
..................
WindowStateChange = 96, // window state has changed
IconDrag = 97, // proxy icon dragged
User = 1000, // first user event id
MaxUser = 65535 // last user event id
};
QEvent( Type type ) : t(type), posted(FALSE), spont(FALSE) {}
virtual ~QEvent();
Type type() const { return t; }
bool spontaneous() const { return spont; }
protected:
Type t;
private:
uint posted : 1;
uint spont : 1;
friend class QApplication;
friend class QAccelManager;
friend class QBaseApplication;
friend class QETWidget;
};

QEvent首先将各种消息编号，如
KeyPress,KeyRelease,FocusIn,FocusOut,Show，并用变量t标识类型，同时还有两个属性:posted用来标识QEvent是由sendEvent发出还是由postEvent发出的;spont的含义不明，从代码上看，只有通过sendSpontaneousEvent发出的QEvent的spont才是true；

2.QObject::event(QEvent *e)
QObject::event是QT的消息处理函数。下面分析其实现：

bool QObject::event( QEvent *e )
{
#if defined(QT_CHECK_NULL)
if ( e == 0 )
qWarning( "QObject::event: Null events are not permitted" );
#endif
//这里的消息钩子和消息拦截
if ( eventFilters ) { // try filters
if ( activate_filters(e) ) // stopped by a filter
return TRUE;
}
//下面就是分发消息了
switch ( e->type() ) {
case QEvent::Timer:
timerEvent( (QTimerEvent*)e );
return TRUE;
case QEvent::ChildInserted:
case QEvent::ChildRemoved:
childEvent( (QChildEvent*)e );
return TRUE;
case QEvent::DeferredDelete:
delete this;
return TRUE;
default:
if ( e->type() >= QEvent::User ) {
customEvent( (QCustomEvent*) e );
return TRUE;
}
break;
}
return FALSE;
}

从实现上看，QObject::event函数相当于所有消息的一个分发函数，根据e->type的类型再分别调用，其相应的函数，如timerEvent,keyPressEvent等。

3.消息钩子和消息拦截
UI系统中，经常需要知道是否某一个widget收到某一类型的消息，例如没有focus的widget想接收当前keypress或keyrelease事件，这就需要在当前有foucs的widget上面安装一个钩子hook，并且在适当的时候截断这个消息，使得即使有focus的widget也不能收到事件。这就是消息钩子和消息拦截功能。在QT中，这是通过eventFilter来实现的。
首先，需要调用QObject::installEventFilter安装eventFilter,即focuswidget->installEventFilter(nonfocuswidget)。
下面，我们看看当有QEvent到来时发生了什么。根据QObject::event的实现，QObject::event会首先检查是否有eventFilter,如果有就会执行activate_filters，下面是activate_filters的实现。

bool QObject::activate_filters( QEvent *e )
{
if ( !eventFilters ) // no event filter
return FALSE;
QObjectListIt it( *eventFilters );
register QObject *obj = it.current();
while ( obj ) { // send to all filters
++it; // until one returns TRUE
if ( obj->eventFilter(this,e) ) {
return TRUE;
}
obj = it.current();
}
return FALSE; // don't do anything with it
}

activate_filters会依次执行每个安装的QObject::eventFilter,这是一个虚函数。这样用户可以改eventFilter,加上自已的逻辑实现，这样nonfocuswidget就知道目前发生了一个keypress事件。
从代码中，还可以看出，如果有一个eventFilter函数返回值是TRUE,将会停止执行eventFilter函数，并返加TRUE到QObject::event,然后QObject::event也不会继续执行，这样就使实现了消息拦截功能。

4.QEvent与Win32的消息对比
Win32中，也对所有的消息进行了封装，也有消息处理函数，不过Win32的实现与QT的实现差别还是很大的：
(1)Win32提供的是C接口，所以没有把消息封装成类，这个即使是MFC也没有。Win32中，消息类型是一个UINT，消息参数固定成两个参数(WPARAM wParam, LPARAM lParam)。
(2)Win32的消息处理函数WindowProc也是一个C接口的函数,它的原型如下:
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd,UINT uMsg,WPARAM wParam,LPARAM lParam);
其中uMsg是消息类型,wParam和lParam是两个消息参数。从这点来看,Win32的实现简洁一些。
(3)Win32中的消息是围绕window定义，window是处理消息的主体。在QT中,消息处理定义到了QObject这一层，而不是在QWidget上，因此所有的 QObject都可以处理消息。QT中的消息也不仅局限于窗口消息,如ChildInserted和ChildRemoved就是处理两个QObject之间父子关系的。
(4)Win32中的消息钩子功能要比eventFilter强大，不公能拦截本进程内窗口的消息，还能拦截整个系统内所有窗口的消息。

5.event和signal/slot的对比
event和signal/slot都是QT提供的两种对象间通讯的方式，下面是一些不同点：
(1)signal/slot的需要元对象模型的支持，需要声明Q_OBJECT。event与元对象模型无关。
(2)emit signal是一种同步直接调用，对于event来说，sendEvent是同步直接调用，postEvent是异步调用。
(3)用户可以自定义signal/slot的类型，event的类型都是提前定义好的，从这一点上看，signal/slot更为灵活。
(4)signal/slot缺少消息钩子和消息拦截功能

QApplication代表着QT Embedded应用程序的运行时对象，类似于MFC的CWinApp。应用程序可以通过一个全局指针变量qApp表访问当前应用程序的QApplication。对于QT应用来说，第一步就是要创建一个QApplication对象。在此过程中，做了如下事情：
(1)初始化qApp
(2)对于QWS Server，创建QWSServer全局指针qwsServer
(3)创建QDisplay全局指针qt_fbdpy
(4)创建QScreen全局指针qt_screen

1.初始化qApp

2.创建QWSServer全局指针qwsServer

3.创建QDisplay全局指针qt_fbdpy

4.创建QScreen全局指针qt_screen

巴特西

QT Embedded二三事之QObject的元对象

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