GObject對象系統

級別：初級

2003 年 8 月 10 日

簡單的說，GObject對象系統是一個建立在GLIB基礎上的，用C語言完成的，具有跨平臺特色的、靈活的、可擴展的、非常容易映射到其它語言的面向對象的框架。如果你是一個C語言的執着的追隨者，你沒有理由不研究一下它。

大多數現代的計算機語言都帶有自己的類型和對象系統，並附帶算法結構。正象GLib提供的基本類型和算法結構（如鏈表、哈希表等）一樣，GObject的對象系統提供了一種靈活的、可擴展的、並容易映射（到其它語言）的面向對象的C語言框架。它的實質可以概括爲：

一個通用類型系統，用來註冊任意的、輕便的、單根繼承的、並能推導出任意深度的結構類型的界面，它照顧組合對象的定製、初始化和內存管理，類結構，保持對象的父子關係，處理這些類型的動態實現。也就是說，這些類型的實現是在運行時重置和卸載的；
一個基本類型的實現集，如整型，枚舉型和結構型等；
一個基本對象體系之上的基本對象類型的實現的例子--GObject基本類型；
一個信號系統，允許用戶非常靈活的自定義虛的或重載對象的方法，並且能充當非常有效力的通知機制；
一個可擴展的參數/變量體系，支持所有的能被用作處理對象屬性或其它參數化類型的基本的類型。

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類型（GType）與對象（GObject）

GLib中最有特色的是它的對象系統--GObject System，它是以Gtype爲基礎而實現的一套單根繼承的C語言的面向對象的框架。

GType 是GLib 運行時類型認證和管理系統。GType API 是GObject的基礎系統，所以理解GType是理解GObject的關鍵。Gtype提供了註冊和管理所有基本數據類型、用戶定義對象和界面類型的技術實現。（注意：在運用任一GType和GObject函數之前必需運行g_type_init()函數來初始化類型系統。）

爲實現類型定製和註冊這一目的，所有類型必需是靜態的或動態的這二者之一。靜態的類型永遠不能在運行時加載或卸載，而動態的類型則可以。靜態類型由g_type_register_static()創建，通過GTypeInfo結構來取得類型的特殊信息。動態類型則由 g_type_register_dynamic()創建，用GTypePlugin結構來取代GTypeInfo，並且還包括 g_type_plugin_*()系列API。這些註冊函數通常只運行一次，目的是取得它們返回的專有類的類型標識。

還可以用g_type_register_fundamental來註冊基礎類型，它同時需要GTypeInfo和GTypeFundamentalInfo兩個結構，事實上大多數情況下這是不必要的，因爲系統預先定義的基礎類型是優於用戶自定義的。

（本文重點介紹創建和使用靜態的類型。）

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對象的定義

在GObject系統中，對象由三個部分組成：

對象的ID標識（唯一，無符號長整型，所有此類對象共同的標識）；
對象的類結構（唯一，結構型，由對象的所有實例共同擁有）；
對象的實例（多個，結構型，對象的具體實現）。

基於GObject的對象到底是什麼樣的呢？下面是基於GObject的簡單對象 -- Boy的定義代碼：

/* boy.h */
#ifndef __BOY_H__
#define __BOY_H__
#include <glib-object.h>
#define BOY_TYPE (boy_get_type())
#define BOY(obj) (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST((obj),BOY_TYPE,Boy))
typedef struct _Boy Boy;
typedef struct _BoyClass BoyClass;
struct _Boy {
GObject parent;
//
gint age;
gchar *name;
void (*cry)(void);
};
struct _BoyClass {
GObjectClass parent_class;
//
void (*boy_born)(void);
};
GType	boy_get_type(void);
Boy*  boy_new(void);
int	boy_get_age(Boy *boy);
void	boy_set_age(Boy *boy, int age);
char* boy_get_name(Boy *boy);
void	boy_set_name(Boy *boy, char *name);
Boy*  boy_new_with_name(gchar *name);
Boy*  boy_new_with_age(gint age);
Boy*  boy_new_with_name_and_age(gchar *name, gint age);
void  boy_info(Boy *boy);
#endif /* __BOY_H__*/

這是一段典型的C語言頭文件定義，包括編譯預處理，宏定義，數據結構定義和函數聲明；首先要看的是兩個數據結構對象Boy和BoyClass，

結構類型_Boy是Boy對象的實例，就是說我們每創建一個Boy對象，也就同時創建了一個Boy結構。Boy對象中的 parent表示此對象的父類，GObject系統中所有對象的共同的根都是GObject類，所以這是必須的；其它的成員可以是公共的，這裏包括表示年齡的age，表示名字的name和表示方法的函數指針cry，外部代碼可以操作或引用它們。

結構類型_BoyClass是Boy對象的類結構，它是所有Boy對象實例所共有的。BoyClass中的 parent_class是GObjectClass，同GObject是所有對象的共有的根一樣，GObejctClass是所有對象的類結構的根。在 BoyClass中我們還定義了一個函數指針boy_born，也就是說這一函數指針也是所有Boy對象實例共有的，所有的Boy實例都可以調用它；同樣，如果需要的話，你也可以在類結構中定義其它數據成員。

其餘的函數定義包括三種，一種是取得Boy對象的類型ID的函數boy_get_type，這是必須有的；另一種是創建 Boy對象實例的函數boy_new和boy_new_with_*，這是非常清晰明瞭的創建對象的方式，當然你也可以用g_object_new函數來創建對象；第三種是設定或取得Boy對象屬性成員的值的函數boy_get_*和boy_set_*。正常情況下這三種函數都是一個對象所必需的，另外一個函數boy_info用來顯示此對象的當前狀態。

宏在GObject系統中用得相當廣泛，也相當重要，這裏我們定義了兩個非常關鍵的宏，BOY_TYPE宏封裝了 boy_get_type函數，可以直接取得並替代Boy對象的ID標識；BOY(obj)宏是G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST宏的再一次封裝，目的是將一個Gobject對象強制轉換爲Boy對象，這在對象的繼承中十分關鍵，也經常用到。

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對象的實現

下面的代碼實現了上面的Boy對象的定義：

/* boy.c */
#include "boy.h"
enum { BOY_BORN, LAST_SIGNAL };
static gint boy_signals[LAST_SIGNAL] = { 0 };
static void boy_cry (void);
static void boy_born(void);
static void boy_init(Boy *boy);
static void boy_class_init(BoyClass *boyclass);
GType boy_get_type(void)
{
	static GType boy_type = 0;
	if(!boy_type)
	{
		static const GTypeInfo boy_info = {
			sizeof(BoyClass),
			NULL,NULL,
			(GClassInitFunc)boy_class_init,
			NULL,NULL,
			sizeof(Boy),
			0,
			(GInstanceInitFunc)boy_init
		};
		boy_type = g_type_register_static(G_TYPE_OBJECT,"Boy",&boy_info,0);
	}
	return boy_type;
}
static void boy_init(Boy *boy)
{
	boy->age = 0;
	boy->name = "none";
	boy->cry = boy_cry;
}
static void boy_class_init(BoyClass *boyclass)
{
	boyclass->boy_born = boy_born;
	boy_signals[BOY_BORN] = g_signal_new("boy_born",
				BOY_TYPE,
				G_SIGNAL_RUN_FIRST,
				G_STRUCT_OFFSET(BoyClass,boy_born),
				NULL,NULL,
				g_cclosure_marshal_VOID__VOID,
				G_TYPE_NONE, 0, NULL);
}
Boy *boy_new(void)
{
	Boy *boy;
	boy = g_object_new(BOY_TYPE, NULL);
	g_signal_emit(boy,boy_signals[BOY_BORN],0);
	return boy;
}
int boy_get_age(Boy *boy)
{
	return boy->age;
}
void boy_set_age(Boy *boy, int age)
{
	boy->age = age;
}
char *boy_get_name(Boy *boy)
{
	return boy->name;
}
void boy_set_name(Boy *boy, char *name)
{
	boy->name = name;
}
Boy*  boy_new_with_name(gchar *name)
{
	Boy* boy;
	boy = boy_new();
	boy_set_name(boy, name);
	return boy;
}
Boy*  boy_new_with_age(gint age)
{
	Boy* boy;
	boy = boy_new();
	boy_set_age(boy, age);
	return boy;
}
Boy *boy_new_with_name_and_age(gchar *name, gint age)
{
	Boy *boy;
	boy = boy_new();
	boy_set_name(boy,name);
	boy_set_age(boy,age);
	return boy;
}
static void boy_cry (void)
{
	g_print("The Boy is crying ....../n");
}
static void boy_born(void)
{
	g_print("Message : A boy was born ./n");
}
void  boy_info(Boy *boy)
{
	g_print("The Boy name is %s/n", boy->name);
	g_print("The Boy age is %d/n", boy->age);
}

在這段代碼中，出現了實現Boy對象的關鍵函數，這是在Boy對象的定義中未出現的，也是沒必要出現的。就是兩個初始化函數，boy_init和boy_class_init，它們分別用來初始化實例結構和類結構。它們並不被在代碼中明顯調用，關鍵是將其用宏轉換爲地址指針，然後賦值到GTypeInfo結構中，然後由GType系統自行處理，同時將它們定義爲靜態的也是非常必要的。

GTypeInfo結構中定義了對象的類型信息，包括以下內容：

包括類結構的長度（必需，即我們定義的BoyClass結構的長度）；
基礎初始化函數（base initialization function，可選）；
基礎結束化函數（base finalization function，可選）；
（以上兩個函數可以對對象使用的內存來做分配和釋放操作，使用時要用GBaseInitFunc和GBaseFinalizeFunc來轉換爲指針，本例中均未用到，故設爲NULL。）
類初始化函數（即我們這裏的boy_class_init函數，用GclassInit宏來轉換，可選，僅用於類和實例類型）；
類結束函數（可選）；
實例初始化函數（可選，即我們這裏的boy_init函數）；
最後一個成員是GType變量表（可選）。

定義好GTypeInfo結構後就可以用g_type_register_static函數來註冊對象的類型了。

g_type_register_static函數用來註冊對象的類型，它的第一個參數是表示此對象的父類的對象類型，我們這裏是G_TYPE_OBJECT，這個宏用來表示GObject的父類；第二個參數表示此對象的名稱，這裏爲"Boy"；第三個參數是此對象的 GTypeInfo結構型指針，這裏賦值爲&boyinfo；第四個參數是對象註冊成功後返回此對象的整型ID標識。

g_object_new函數，用來創建一個基於G_OBJECT的對象，它可以有多個參數，第一個參數是上面說到的已注冊的對象標識ID；第二個參數表示後面參數的數量，如果爲0，則沒有第三個參數；第三個參數開始類型都是GParameter類型，它也是一個結構型，定義爲：

struct GParameter{
		const gchar* name;
		GValue value;
	};

關於GValue，它是變量類型的統一定義，它是基礎的變量容器結構，用於封裝變量的值和變量的類型，可以GOBJECT文檔的GVALUE部分。

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信號的定義和應用

在GObject系統中，信號是一種定製對象行爲的手段，同時也是一種多種用途的通知機制。初學者可能是在GTK+中首先接觸到信號這一概念的，事實上在普通的字符界面編程中也可以正常應用，這可能是很多初學者未曾想到的。

一個對象可以沒有信號，也可以有多個信號。當有一或多個信號時，信號的名稱定義是必不可少的，此時C語言的枚舉類型的功能就凸顯出來了，用LAST_SIGNAL來表示最後一個信號（不用實現的信號）是一種非常良好的編程風格。這裏爲Boy對象定義了一個信號 BOY_BORN，在對象創建時發出，表示Boy對象誕生。

同時還需要定義靜態的整型指針數組來保存信號的標識，以便於下一步處理信號時使用。

對象的類結構是所有對象的實例所共有的，我們將信號也定義在對象的類結構中，如此信號同樣也是所有對象的實例所共有的，任意一個對象的實例都可以處理信號。因此我們有必要在在類初始化函數中創建信號（這也可能是GObject設計者的初衷）。函數g_signal_new用來創建一個新的信號，它的詳細使用方法可以在GObject的API文檔中找到。信號創建成功後，返回一個信號的標識ID，如此就可以用發射信號函數 g_signal_emit向指定義對象的實例發射信號，從而執行相應的功能。

本例中每創建一個新的Boy對象，就會發射一次BOY_BORN信號，也就會執行一次我們定義的boy_born函數，也就輸出一行"Message : A boy was born ."信息。

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對象的屬性和方法

對象實例所有的屬性和方法一般都定義在對象的實例結構中，屬性定義爲變量或變量指針，而方法則定義爲函數指針，如此，我們一定要定義函數爲static類型，當爲函數指針賦值時，纔能有效。

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對象的繼承

以下爲繼承自Boy對象的Man對象的實現，Man對象在Boy對象的基礎上又增加了一個屬性job和一個方法bye。

#ifndef __MAN_H__
#define __MAN_H__
#include "boy.h"
#define MAN_TYPE  (man_get_type())
#define MAN(obj) (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST((obj),MAN_TYPE,Man))
typedef struct _Man Man;
typedef struct _ManClass ManClass;
struct _Man {
	Boy parent;
	char *job;
	void (*bye)(void);
};
struct _ManClass {
	BoyClass parent_class;
};
GType man_get_type(void);
Man*  man_new(void);
gchar* man_get_gob(Man *man);
void  man_set_job(Man *man, gchar *job);
Man*  man_new_with_name_age_and_job(gchar *name, gint age, gchar *job);
void man_info(Man *man);
#endif //__MAN_H__
/* man.c */
#include "man.h"
static void man_bye(void);
static void man_init(Man *man);
static void man_class_init(Man *man);
GType man_get_type(void)
{
	static GType man_type = 0;
	if(!man_type)
	{
		static const GTypeInfo man_info = {
			sizeof(ManClass),
			NULL, NULL,
			(GClassInitFunc)man_class_init,
			NULL, NULL,
			sizeof(Man),
			0,
			(GInstanceInitFunc)man_init
		};
		man_type = g_type_register_static(BOY_TYPE, "Man", &man_info, 0);
	}
	return man_type;
}
static void man_init(Man *man)
{
	man->job = "none";
	man->bye = man_bye;
}
static void man_class_init(Man *man)
{
}
Man*  man_new(void)
{
	Man *man;
	man = g_object_new(MAN_TYPE, 0);
	return man;
}
gchar* man_get_gob(Man *man)
{
	return man->job;
}
void  man_set_job(Man *man, gchar *job)
{
	man->job = job;
}
Man*  man_new_with_name_age_and_job(gchar *name, gint age, gchar *job)
{
	Man *man;
	man = man_new();
	boy_set_name(BOY(man), name);
	boy_set_age(BOY(man), age);
	man_set_job(man, job);
	return man;
}
static void man_bye(void)
{
	g_print("Goodbye everyone !/n");
}
void man_info(Man *man)
{
	g_print("the man name is %s/n", BOY(man)->name);
	g_print("the man age is %d/n", BOY(man)->age);
	g_print("the man job is %s/n", man->job);
}

關鍵在於定義對象時將父對象實例定義爲Boy，父類設定爲BoyClass，在註冊此對象時將其父對象類型設爲BOY_TYPE，在設定對象屬性時如用到父對象的屬性要強制轉換下，如取得對象的name屬性，就必須用BOY(obj)->name，因爲Man本身沒有name屬性，而其父對象Boy有，所以用BOY宏將其強制爲Boy類型的對象。

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測試我們定義的對象

#include <glib.h>
#include "boy.h"
#include "man.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
	Boy *tom, *peter;
	Man *green, *brown;	
	g_type_init();//注意，初始化類型系統，必需
	tom = boy_new_with_name("Tom");
	tom->cry();
	boy_info(tom);
	peter = boy_new_with_name_and_age("Peter", 10);
	peter->cry();
	boy_info(peter);
	green = man_new();
	boy_set_name(BOY(green), "Green");
//設定Man對象的name屬性用到其父對象Boy的方法
	boy_set_age(BOY(green), 28);
	man_set_job(green, "Doctor");
	green->bye();
	man_info(green);
	brown = man_new_with_name_age_and_job("Brown", 30, "Teacher");
	brown->bye();
	man_info(brown);
}
Makefile文件如下：
CC = gcc
all:
	$(CC) -c boy.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`
	$(CC) -c man.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`
	$(CC) -c main.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`
	$(CC) -o simple boy.o man.o main.o `pkg-config --libs glib-2.0 gobject-2.0`
執行make命令編譯，編譯結束後，執行./simple運行此測試程序，輸出結果如下：
Message : A boy was born .
The Boy is crying ......
The Boy name is Tom
The Boy age is 0
Message : A boy was born .
The Boy is crying ......
The Boy name is Peter
The Boy age is 10
Goodbye everyone !
the man name is Green
the man age is 28
the man job is Doctor
Goodbye everyone !
the man name is Brown
the man age is 30
the man job is Teacher

Makefile中用到`pkg-config -cflags -libs gobject-2.0`，在GLIB中將線程（gthread），插件（gmoudle）和對象系統（gobject）這三個子系統區別對待，編譯時要注意加入相應的參數。

本文只是概要的介紹瞭如何定義和實現GObject對象，GObject系統中還有很多相關內容，如：枚舉和標識類型（Enumeration and flags types）；Gboxed，是Gtype系統中註冊一種封裝爲不透明的C語言結構類型的機制；許多對象用到的參數對象都是C結構類型，使用者不必瞭解其結構的內部定義，即不透明，GBoxed即是實現這一功能的機制；標準的參數和變量類型的定義（Standard Parameter and Value Types）等，它們都以C語言來開發，是深入瞭解和掌握GObject的關鍵。

透過以上代碼實現，我們還可以看出，以GLIB爲基礎的GTK+/GNOME開發環境所具有的獨特的編程風格和獨到的開發思想。這一點在長期的編程實踐中會體驗得更深刻。

有了GObject系統這一基礎，GTK+通過它將X窗口環境中的控件（Widget）巧妙的封裝起來，這使開發LINUX平臺上的GUI應用程序更方便，更快捷。

以上代碼在Redhat 8.0 Linux平臺，GLIB2.2.1環境下編譯通過。

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感謝

本文的寫作參考了中國LINUX論壇的網友hoyt的文章，可以在gtkvb.cffd.org.cn找到，在此表示感謝。

參考資料

本文的所有代碼可以在這裏下載。
Thomas Hunger寫的文章： Gobject tutorial
中國 linux 論壇的網友 hoyt 的網頁 http://gtkvb.cosoft.org.cn/上的文章
與本文相關的另一篇文章《淺析GLib》

關於作者


		宋國偉，鄉村小學英語教師，他是《GTK+2.0編程範例》（清華大學出版社出版）一書的作者，業餘時間致力於用GTK+開發LINUX GUI應用程序，可以通過電子郵件地址 [email protected]與他聯繫。

GObject對象系統

glib介紹

WebKit 代碼風格

淺析GLib

GObject對象系統

開放原碼架構設計：Glib 小談 (1)

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