Qt核心剖析: moc

前面我們說過，Qt 不是使用的“標準的” C++ 語言，而是對其進行了一定程度的“擴展”。這裏我們從Qt新增加的關鍵字就可以看出來：signals、slots 或者 emit。所以有人會覺得 Qt 的程序編譯速度慢，這主要是因爲在 Qt 將源代碼交給標準 C++ 編譯器，如 gcc 之前，需要事先將這些擴展的語法去除掉。完成這一操作的就是 moc。

moc 全稱是 Meta-Object Compiler，也就是“元對象編譯器”。Qt 程序在交由標準編譯器編譯之前，先要使用 moc 分析 C++ 源文件。如果它發現在一個頭文件中包含了宏 Q_OBJECT，則會生成另外一個 C++ 源文件。這個源文件中包含了 Q_OBJECT 宏的實現代碼。這個新的文件名字將會是原文件名前面加上 moc_ 構成。這個新的文件同樣將進入編譯系統，最終被鏈接到二進制代碼中去。因此我們可以知道，這個新的文件不是“替換”掉舊的文件，而是與原文件一起參與編譯。另外，我們還可以看出一點，moc 的執行是在預處理器之前。因爲預處理器執行之後，Q_OBJECT 宏就不存在了。

既然每個源文件都需要 moc 去處理，那麼我們在什麼時候調用了它呢？實際上，如果你使用 qmake 的話，這一步調用會在生成的 makefile 中展現出來。從本質上來說，qmake 不過是一個 makefile 生成器，因此，最終執行還是通過 make 完成的。

爲了查看 moc 生成的文件，我們使用一個很簡單的 cpp 來測試：

test.cpp

class Test : public QObject
{
 Q_OBJECT
public:
 explicit Test(QObject *parent = 0);
signals:
public slots:
};

這是一個空白的類，什麼都沒有實現。在經過編譯之後，我們會在輸出文件夾中找到 moc_test.cpp：

moc_test.cpp

/****************************************************************************
** Meta object code from reading C++ file 'test.h'
**
** Created: Thu Jul 22 13:06:45 2010
**      by: The Qt Meta Object Compiler version 62 (Qt 4.6.3)
**
** WARNING! All changes made in this file will be lost!
*****************************************************************************/

#include "../test.h"
#if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)
#error "The header file 'test.h' doesn't include <QObject>."
#elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 62
#error "This file was generated using the moc from 4.6.3. It"
#error "cannot be used with the include files from this version of Qt."
#error "(The moc has changed too much.)"
#endif

QT_BEGIN_MOC_NAMESPACE
static const uint qt_meta_data_Test[] = {

 // content:
       4,       // revision
       0,       // classname
       0,    0, // classinfo
       0,    0, // methods
       0,    0, // properties
       0,    0, // enums/sets
       0,    0, // constructors
       0,       // flags
       0,       // signalCount

       0        // eod
};

static const char qt_meta_stringdata_Test[] = {
    "Test\0"
};

const QMetaObject Test::staticMetaObject = {
    { &QObject::staticMetaObject, qt_meta_stringdata_Test,
      qt_meta_data_Test, 0 }
};

#ifdef Q_NO_DATA_RELOCATION
const QMetaObject &Test::getStaticMetaObject() { return staticMetaObject; }
#endif //Q_NO_DATA_RELOCATION

const QMetaObject *Test::metaObject() const
{
    return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->metaObject : &staticMetaObject;
}

void *Test::qt_metacast(const char *_clname)
{
    if (!_clname) return 0;
    if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_Test))
        return static_cast<void*>(const_cast< Test*>(this));
    return QObject::qt_metacast(_clname);
}

int Test::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
    _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
    if (_id < 0)
        return _id;
    return _id;
}
QT_END_MOC_NAMESPACE

可以看到，moc_test.cpp 裏面爲 Test 類增加了很多函數。然而，我們並沒有實際寫出這些函數，它是怎麼加入類的呢？別忘了，我們還有 Q_OBJECT 這個宏呢！在 qobjectdefs.h 裏面，找到 Q_OBJECT 宏的定義：

#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:

這下了解了：正是對 Q_OBJECT 宏的展開，使我們的 Test 類擁有了這些多出來的屬性和函數。注意，QT_TR_FUNCTIONS 這個宏也是在這裏定義的。也就是說，如果你要使用 tr() 國際化，就必須使用 Q_OBJECT 宏，否則是沒有 tr() 函數的。這期間最重要的就是 virtual const QMetaObject *metaObject() const; 函數。這個函數返回 QMetaObject 元對象類的實例，通過它，你就獲得了 Qt 類的反射的能力：獲取本對象的類型之類，而這一切，都不需要 C++ 編譯器的 RTTI 支持。Qt 也提供了一個類似 C++ 的 dynamic_cast() 的函數 qobject_case()，而這一函數的實現也不需要 RTTI。另外，一個沒有定義 Q_OBJECT 宏的類與它最接近的父類是同一類型的。也就是說，如果 A 繼承了 QObject 並且定義了 Q_OBJECT，B 繼承了 A 但沒有定義 Q_OBJECT，C 繼承了 B，則 C 的 QMetaObject::className() 函數將返回 A，而不是本身的名字。因此，爲了避免這一問題，所有繼承了 QObject 的類都應該定義 Q_OBJECT 宏，不管你是不是使用信號槽。