解析Qt內省機制

何爲內省

所謂內省是指面嚮對象語言的一種在運行期間查詢對象信息的能力， 比如如果該語具有運行期間檢查對象型別的能力，那麼我們稱它是型別內省（type intropection）的，型別內省可以用來實施多態。

C++的內省比較有限，它僅支持上面所說的型別內省， C++的型別內省是通過運行時類型識別（RTTI）(Run-Time Type Information)中的typeid 以及dynamic_case關鍵字來實現的，舉例說明：

// rabbit 派生於 Animal, jump爲虛函數  
if ( rabbit *p = dynamic_case<Animal*>(obj))     
{     
   p->jump();     
}     
//我們還可以通過typeid萃取到對象的型別信息，比如對象的名稱   
std::cout << typeid(obj).name() << std::endl   

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Qt拓展了C++的內省機制，（實際上，它並沒有採用C++的RTTI),而是提供了更爲強大的元對象(meta object)機制，來實現內省。接下來，就讓我們看看，Qt是如何擴展c++內省機制的。

要深刻理解Qt的內省機制，首先理解QObject，QObject類是整個Qt對象模型的心臟，Qt對象模型最爲核心的功能是提供一種無縫的對象通訊機制，即就是我們所熟知的信號和槽。QObject主要有三大職責： 內存管理、內省(intropection)與事件處理。本文將集中在在內省的討論。以下代碼介紹了QObject類提供的內省方法:

//每個對象可以通過QObject::setObjectName()和QObject::objectName()設置、取得類的實例的名字   
FirstQtApp obj;    
obj.setObjectName("instanceName");    
QString name1 = obj.objectName();   // return instanceName   
//每個對象還可以通過它的元對象className方法得到類的名字   
QString name2 = obj.metaObject()->className();  // return FirtstQtApp   
//每個對象可以通過QObject::inherits方法來查詢是否對前對象類派生於量一個類   
bool isherited =  obj.inherits("QObject");         // returns true   
isherited =  obj.inherits("QWideget");         // returns true  

讓我們再來一下QObject::inherits方法的底層實現：

inline bool inherits(const char *classname) const   
    { return const_cast<QObject *>(this)->qt_metacast(classname) != 0; }  

原來，QObject::inherits是通過qt_metacast()這個虛函數實現的， 事實上每個QObject的派生類都必須實現metaObject()以及其他qt_metacall()方法，從而滿足自省方法className, inherits等方法的調用（當然還有其他用途）。

而所有有關派生從QObject的子類中的內省方法無須有用戶實現，用戶只要在類中聲明宏Q_OBJECT即可，Qt的元對象編譯器（moc)負責實現派生QObject的子類中的內省方法。

// defined at ..\Qt\src\corelib\kernel\qobjectdefs.h   
/* tmake ignore Q_OBJECT */   
#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 **); \  

此外，所有的Qt widgets類均繼承自QObject, QObject所提供的isWidgetType自省方法可以很方便讓QObject子對象查詢自己是否是Wideget, 而且它會比 qobject_cast<QWidget *>(obj) 或者obj->inherits快很多。原因qobject_cast()和inherits()都是藉助元對象系統來實現其功能的，isWidgetType()是QObject本身的標誌位得以實現。

更多自省方法定義在QMetaObject，以下是QMetaObject聲明的源代碼：

struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject     
{     
const char *className() const;     
const QMetaObject *superClass() const;     
    QObject *cast(QObject *obj) const;     

    ....     
int methodOffset() const;     
int enumeratorOffset() const;     
int propertyOffset() const;     
int classInfoOffset() const;     
int constructorCount() const;     
int methodCount() const;     
int enumeratorCount() const;     
int propertyCount() const;     
int classInfoCount() const;     
int indexOfConstructor(const char *constructor) const;     
int indexOfMethod(const char *method) const;     
int indexOfSignal(const char *signal) const;     
int indexOfSlot(const char *slot) const;     
int indexOfEnumerator(const char *name) const;     
int indexOfProperty(const char *name) const;     
int indexOfClassInfo(const char *name) const;     
    ...     
}   

上述方法主要是實現對元對象表的訪問及其操作，元對象表(由moc實現）實例如下所示：

// defined at ..\Qt\src\corelib\kernel\qobjectdefs.h   
/* tmake ignore Q_OBJECT */   
#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 **); \   

總結

1. Qt是通過QObject、QMetaObject類實現其內省機制,

2. QObject暴露給用戶的共有自省方法有objectName(), inherits()， isWidgetType()等

3. 大多數自省方法是QObject派發給QMetaObject實現 (e.g. QMetaObject::className)，元對象模型編譯器moc負責自省方法的實現

4、更多自省方法定義在QMetaObject，是爲了信號槽通訊、事件派發等機制