Qt开发思想探幽]QObject、模板继承和多继承

[Qt开发探幽]QObject、模板继承和多继承

[Qt开发探幽]QObject、模板继承和多继承

当我们在用Qt开发一个软件框架的时候，在一个正式一点的库或者框架中，我们不可避免地想要使用继承，但是可能当我们开发完一个模块后，会发现一些问题，比如说在编译的时候发现父类会编译不通过。

先说结论：

1.Qt的QObject不支持模板继承。

2.如果需要使用QObject进行多继承的话，子对象引用的父类链至多只能含有一个QObject

3.如果使用模板类和QObject做多继承，依然会编译不通过

1. QObject为什么不允许模板继承：

元对象系统的复杂性：元对象系统（Meta-Object System）是 Qt 的一个重要特性，它允许在运行时获取对象的元信息，如类名、属性、信号、槽等。这个系统需要在编译阶段生成额外的元信息，并且在运行时维护一个元对象表。这个系统在处理模板类时会变得复杂，因为模板类的实例化和使用涉及到编译期和运行时的多个步骤，而元对象系统的设计主要针对静态类型的类层次结构。
编译期类型信息：元对象系统需要在编译期生成一些额外的类型信息，用于支持信号槽和反射等功能。模板类的实例化和类型信息在编译期可能变得模糊不清，这会导致元对象系统难以正确处理模板类的元信息。
类型擦除：C++ 模板的一个特点是类型擦除，即编译器在模板实例化时会生成不同的代码，但生成的代码是针对特定的类型的，而不是模板本身。这种类型擦除使得在运行时获取模板类型信息变得复杂，而元对象系统需要在运行时获取类型信息。
信号槽连接的动态性：信号槽机制允许在运行时动态地连接和断开信号槽。这就要求在运行时能够准确地识别信号和槽的参数类型，以便进行参数匹配。模板类的参数类型在编译期可能不确定，这给信号槽的动态连接带来挑战。

所以在继承了QObject的模板类中，编译会导致QMetaObject找不到元对象而发生编译期报错，所以请不要让任何模板类继承QObject。

你可能会问了，那类似QList和QSharedPointer类为什么可以是模板类，而且也是Qt的东西呢？这恰好是Qt这个库取巧的地方：所有的模板类都是容器，也就是说他们这个模板类中允许装入任何它们想要的东西。或者换句话说，Qt中所有的模板类，都不是QObject的子类，不然的话可以直接看头文件：

也就是说，Qt内部其实自己也是遵循这个规则的：请不要让任何模板类继承QObject。

2.如果需要使用QObject进行多继承的话，子对象引用的父类链至多只能含有一个QObject

QObject有一个很重要的特点，就是不支持拷贝。

在 Qt 的多继承体系中，只有一个类可以拥有 QObject 功能，这个类必须是多继承链中的第一个类。QObject 类为了支持元对象系统、信号槽机制以及其他与运行时类型信息相关的功能，要求继承 QObject 的类在构造函数中通过传递 parent 参数来指定父对象。这个父对象就是用于建立对象之间关系的，例如在父对象析构时，它的子对象也会被析构。
由于 C++ 的多继承特性，当一个类需要继承多个类，而其中一个类是 QObject，为了保证 QObject 的正确功能，必须将 QObject 继承链放在多继承链的第一个位置。这是因为 QObject 继承链在构造和析构过程中有一些特殊的操作，需要在第一个类中执行。

3.如果使用模板类和QObject做多继承，编译不通过

这是因为 QObject 类需要在构造和析构过程中执行特殊的操作，以支持元对象系统、信号槽机制和其他与运行时类型信息相关的功能。而模板类的继承可能会干扰这些特殊操作，导致编译错误或者运行时问题。

QObject 的特殊操作需要在构造函数中执行，并且这些操作需要基于类的实际类型来进行。而模板类在编译时才会实例化，因此编译器在处理模板类时无法获得完整的类型信息，从而无法保证 QObject 的特殊操作能够正确地执行。

为了避免这些问题，Qt 推荐将 QObject 放在继承链的第一个位置，以确保 QObject 的特殊操作可以正确地执行。如果您的类需要多继承，可以考虑使用接口继承（纯虚函数）来实现所需的功能，以避免在多继承中使用 QObject 和模板类导致的问题。

问题场景

为什么我突然会想到这个问题呢，因为我确实遇到了，场景大概是这样的：

我现在在开发一个软件框架。我现在这个框架内的所有对象都需要包含一些信号和槽（这是为了统一上下信息的交换），我们管这个最底层的东西叫TSG_Caller，理论上我这个框架内所有的东西都应该要继承到这个TSG_Caller中，方便我进行管理：

它实际上只有一些信号和槽，我希望任何对象都能通过注册，在kernel内统一地操作这些信号与槽，不仅仅是一些细分的类，大类也要提供这些东西。

当我开发到一定程度之后，我细化到对某个设备的操控。于是我写了一个模板类，用来初始化一些模板类的基本类型。我希望不同的设备有不同的输入参数类型，于是我们就有了如下的设备模板类：

于是这里就出现问题了：QObject和模板类的继承兼容不能说不好，只能说基本完全不允许使用。当然了，这也是可以理解的，毕竟MetaObject这么强大的功能不能支持模板也是理所当然的事。

至于解决方法，那就只能改造这个设备类了，不能用模板类了，而是只能采用通用的输入类型。我这里因为输入的参数类型有限而且都是明文，所以我这里将所有的输入和输出都改成QString传输json字符串，当然了输入的字符串也要提供给外部一个判断的函数，以免外部输入错误。

修改后的接口如下：

不知道有没有更好的办法，也许有，但是目前我只想到这种比较简单的方法