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“深入浅出”系列之QT：（14）Qt元对象系统介绍

news 来源：原创 2025/6/17 6:11:27

1. 前言：Qt的核心特点与全局定义

Qt是一个用标准C++编写的跨平台开发类库，它对标准C++进行了扩展，引入了元对象系统、信号与槽、属性等特性，使应用程序的开发变得更高效。本章将介绍Qt的这些核心特点，并深入探讨**<QtGlobal>头文件**中的全局定义，包括数据类型、函数和宏等。此外，本章还将介绍Qt的容器类及其迭代器的使用方法。这些全局定义和容器类在程序中经常用到，了解其原理有助于理解后续的实例程序。

2. 正文概述：Qt的核心机制

2.1 Qt的本质与扩展

Qt本身并不是一种编程语言，而是一个跨平台的C++开发类库。它为开发GUI应用程序和非GUI应用程序提供了各种类。Qt对标准C++进行了扩展，引入了信号与槽、对象属性等新概念和功能。

2.2 元对象编译器（MOC）

Qt的元对象编译器（Meta-Object Compiler，MOC）是一个预处理器，它在源程序被编译前，将Qt特性的程序转换为标准C++兼容的形式，然后再由标准C++编译器进行编译。这就是为什么在使用信号与槽机制的类中，必须添加Q_OBJECT宏的原因。只有添加了这个宏，MOC才能对类里的信号与槽代码进行预处理。

2.3 QtCore模块

QtCore模块是Qt类库的核心，所有其他模块都依赖于此模块。如果使用qmake来构建项目，QtCore模块会自动加入。Qt为C++语言增加的特性就是在QtCore模块里实现的，这些扩展特性由Qt的元对象系统实现，包括信号与槽机制、属性系统、动态类型转换等。

3. 什么是元对象系统

3.1 元对象系统的基础组成

Qt的元对象系统（Meta-Object System）提供了对象之间通信的信号与槽机制、运行时类型信息和动态属性系统。元对象系统由以下三个基础组成：

QObject类
：所有使用元对象系统的类的基类。
Q_OBJECT宏
：在类的private部分声明该宏，使得类可以使用元对象的特性，如动态属性、信号与槽。
MOC（元对象编译器）
：为每个QObject的子类提供必要的代码来实现元对象系统的特性。

3.2 元对象系统的功能

除了信号与槽机制外，元对象系统还提供以下功能：

QObject::metaObject()
：返回类关联的元对象，元对象类QMetaObject包含了访问元对象的一些接口函数。
QMetaObject::newInstance()
：创建类的一个新实例。
QObject::inherits()
：判断一个对象实例是否是某个类或其子类的实例。
QObject::tr()和QObject::trUtf8()
：用于多语言界面设计的字符串翻译。
QObject::setProperty()和QObject::property()
：通过属性名称动态设置和获取属性值。

4. 元对象特性案例讲解

4.1 QPerson类的定义

以下是一个演示Qt元对象系统功能的实例。首先，我们创建一个类QPerson，其定义如下：

class QPerson : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_CLASSINFO("author", "Wang")
    Q_CLASSINFO("company", "UPC")
    Q_CLASSINFO("version", "1.0.0")
    Q_PROPERTY(int age READ age WRITE setAge NOTIFY ageChanged)
    Q_PROPERTY(QString name MEMBER m_name)
    Q_PROPERTY(int score MEMBER m_score)
private:
    int m_age = 10;
    QString m_name;
    int m_score = 79;
public:
    explicit QPerson(QString fName, QObject *parent = nullptr);
    int age();
    void setAge(int value);
    void incAge();
signals:
    void ageChanged(int value);
public slots:
};

QPerson是QObject的子类，使用了Q_OBJECT宏，因此它获得了元对象系统的支持，能够使用信号与槽、属性等功能。

4.2 QPerson类的实现

QPerson::QPerson(QString fName, QObject *parent) : QObject(parent)
{
    m_name = fName;
}

int QPerson::age()
{
    return m_age;
}

void QPerson::setAge(int value)
{
    m_age = value;
    emit ageChanged(m_age);
}

void QPerson::incAge()
{
    m_age++;
    emit ageChanged(m_age);
}

在**setAge(int)函数中，设置年龄后会发射ageChanged()**信号。**incAge()函数与属性无关，但也会发射ageChanged()**信号。

5. 元对象特性使用详解

5.1 QmyWidget类的定义

主窗口是基于QWidget的可视化设计的类QmyWidget，其定义如下：

class QmyWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
private:
    QPerson *boy;
    QPerson *girl;
public:
    explicit QmyWidget(QWidget *parent = 0);
    ~QmyWidget();
private:
    Ui::QmyWidget *ui;
private slots:
    void on_ageChanged(int value);
    void on_spin_valueChanged(int arg1);
    void on_btnClear_clicked();
    void on_btnBoyInc_clicked();
    void on_btnGirlInc_clicked();
    void on_btnClassInfo_clicked();
};

5.2 QmyWidget类的实现

在构造函数中，我们创建了两个QPerson类型的对象boy和girl，并设置了它们的属性：

QmyWidget::QmyWidget(QWidget *parent) : QWidget(parent), ui(new Ui::QmyWidget)
{
    ui->setupUi(this);
    boy = new QPerson("王小明");
    boy->setProperty("score", 95);
    boy->setProperty("age", 10);
    boy->setProperty("sex", "Boy"); // 动态属性
    connect(boy, &QPerson::ageChanged, this, &QmyWidget::on_ageChanged);

    girl = new QPerson("张小丽");
    girl->setProperty("score", 81);
    girl->setProperty("age", 20);
    girl->setProperty("sex", "Girl"); // 动态属性
    connect(girl, &QPerson::ageChanged, this, &QmyWidget::on_ageChanged);

    ui->spinBoy->setProperty("isBoy", true); // 动态属性
    ui->spinGirl->setProperty("isBoy", false);

    connect(ui->spinGirl, SIGNAL(valueChanged(int)), this, SLOT(on_spin_valueChanged(int)));
    connect(ui->spinBoy, SIGNAL(valueChanged(int)), this, SLOT(on_spin_valueChanged(int)));
}

5.3 自定义槽函数的实现

自定义槽函数on_ageChanged()用于响应QPerson的**ageChanged()**信号：

void QmyWidget::on_ageChanged(int value)
{
    Q_UNUSED(value);
    QPerson *aPerson = qobject_cast<QPerson *>(sender());
    QString hisName = aPerson->property("name").toString();
    QString hisSex = aPerson->property("sex").toString();
    int hisAge = aPerson->age();
    ui->textEdit->appendPlainText(hisName + "," + hisSex + QString::asprintf(",年龄=%d", hisAge));
}

5.4 元对象信息的获取

通过**boy->metaObject()**获取对象的元对象信息，并显示在界面上：

void QmyWidget::on_btnClassInfo_clicked()
{
    const QMetaObject *meta = boy->metaObject();
    ui->textEdit->clear();
    ui->textEdit->appendPlainText("==元对象信息==\n");
    ui->textEdit->appendPlainText(QString("类名称: %1\n").arg(meta->className()));
    ui->textEdit->appendPlainText("property");
    for (int i = meta->propertyOffset(); i < meta->propertyCount(); i++)
    {
        QMetaProperty prop = meta->property(i);
        const char *propName = prop.name();
        QString propValue = boy->property(propName).toString();
        ui->textEdit->appendPlainText(QString("属性名称=%1，属性值=%2").arg(propName).arg(propValue));
    }
    ui->textEdit->appendPlainText("classInfo");
    for (int i = meta->classInfoOffset(); i < meta->classInfoCount(); ++i)
    {
        QMetaClassInfo classInfo = meta->classInfo(i);
        ui->textEdit->appendPlainText(QString("Name=%1; Value=%2").arg(classInfo.name()).arg(classInfo.value()));
    }
}