QT Embedded二三事之QObject (2009-02-23 23:41)

分类： QT Embedded二三事

    通常一个类库都会有一个类做为所有类的根类，MFC有CObject，Borland的OWL有TObject,java也有一个object。对于QT Embedded来说，这个类就是QObject。QObject作为根类，定义了整个类库的所需要的一些特性：元对象模型，signal/slot机制，event机制等。下面的文章就分别分绍一下。

1.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

2. 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？

3. 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