Qt对象模型之二：对象树与元对象系统

一、对象树的概念

Qt中使用对象树（object tree）来组织和管理所有的QObject类及其子类的对象。当创建一个QObject时，如果使用了其他的对象作为其父对象（parent），那么这个 QObject就会被添加到父对象的children()列表中，这样当父对象被销毁时，这个QObject也会被销毁。实践表明，这个机制非常适合于管理GUI对象。例如，一个 QShortcut(键盘快捷键）对象是相应窗口的一个子对象，所以当用户关闭了这个窗口时，这个快捷键也可以被销毁。

QWidget作为能够在屏幕上显示的所有部件的基类，扩展了对象间的父子关系。一个子对象一般也就是一个子部件，因为它们要显示在父部件的区域之中。例如，当关闭一个消息对话框（message box）后要销毁它时，消息对话框中的按钮和标签也会被销毁，这也正是我们所希望的，因为按钮和标签是消息对话框的子部件。当然，也可以自己来销毁一个子对象。关于这一部分内容，可以在帮助索引中査看Object Trees & Ownership关键字。

二、对象树的示例程序

新建Qt Gui应用，项目名称为myOwnership，基类选择QWidget,然后类名保持Widget不变。完成后向项目中添加新文件，模板选择C+ +类，类名为MyButton，基类为QPushButton，类型信息选择“继承自QWidget”。添加完文件后将mybuuon. h文件修改如下：

#ifndef MYBUTTON_H

#define MYBUTTON_H

#include <QPushButton>

#include <QDebug>

class MyButton : public QPushButton

{

    Q_OBJECT

public:

    explicit MyButton(QWidget *parent = nullptr);

    ~MyButton();

};

#endif // MYBUTTON_H

这里主要是添加了析构函数的声明。然后到mybutton. cpp文件中，修改如下：

#include "mybutton.h"

MyButton::MyButton(QWidget *parent) :

    QPushButton(parent)

{

}

MyButton::~MyButton()

{

    qDebug() << "delete button";

}

这里添加了析构函数的定义，这样当 MyButton 的对象被销毁时，就会输出相应的信息。

下面到widget.cpp文件中，修改如下：

#include "widget.h"

#include "ui_widget.h"

#include "mybutton.h"

#include <QDebug>

#include <QHBoxLayout>

Widget::Widget(QWidget *parent) :

    QWidget(parent),

    ui(new Ui::Widget)

{

    ui->setupUi(this);

    //创建按钮部件，指定widget为父部件

    MyButton *button = new MyButton(this);

    button->setText(tr("button"));

}

Widget::~Widget()

{

    delete ui;

    qDebug() << "delete widget";

}

当Widget窗口被销毁时，将输出信息。下面运行程序，然后关闭窗口，在Qt Creator的应用程序输出栏中的输出信息为：

delete widget

delete button

可以看到，当关闭窗口后，因为该窗口是顶层窗口，所以应用程序要销毁该窗口部件（如果不是顶层窗口，那么关闭时只是隐藏，不会被销毁），而当窗口部件销毁时会自动销毁其子部件。这也就是为什么在Qt中经常只看到new操作而看不到delete操作的原因。

再来看一下main.cpp文件，其中Widget对象是建立在栈上的：

Widget w;

w.show();

这样对于对象w，在关闭程序时会自动销毁。而对于Widget中的部件，如果是在堆上创建（使用new操作符），那么只要指定Widget为其父窗口就可以了，也不需要进行delete操作。当对象w销毁时会自动销毁它的所有子部件，这些都是Qt的对象树所完成的。

所以，对于规范的Qt程序，我们要在main()函数中将主窗口部件创建在栈上，例如“Widget w;”，而不要在堆上进行创建（使用new操作符）。对于其他窗口部件，可以使用new操作符在堆上进行创建，不过一定要指定其父部件，这样就不用使用delete操作符来销毁该对象了。

三、元对象系统的概念

Qt中的元对象系统（Meta-Object System）提供了对象间通信的信号和槽机制、运行时类型信息和动态属性系统。元对象系统是基于以下3个条件的：

该类必须继承自QObject类；
必须在类的私有声明区声明Q_OBJECT宏（在类定义时，如果没有指定public或者private，则默认为private)；
元对象编译器Meta-Object Compiler（moc），为QObject的子类实现元对象特性提供必要的代码。

其中，moc工具读取一个C+ +源文件，如果它发现一个或者多个类的声明中包含有Q_OBJECT宏，便会另外创建一个C+ +源文件（就是在项目目录中的debug目录下看到的以moc开头的C+ +源文件），其中包含了为每一个类生成的元对象代码。这些产生的源文件或者被包含进类的源文件中，或者和类的实现同时进行编译和链接。

元对象系统主要是为了实现信号和槽机制才被引入的，不过除了信号和槽机制以外，元对象系统还提供了其他一些特性：

QObjeCt::metaObject()函数可以返回一个类的元对象，它是QMetaObject类的对象；
QMetaObject::className()可以在运行时以字符串形式返回类名，而不需要C+ +编辑器原生的运行时类型信息（RTTI）的支持；
QObject:: “inherits()函数返回一个对象是否是QObject继承树上一个类的实例的信息；
QObject: :tr()和QObject: :trUtf8()迸行字符串翻译来实现国际化；
QObject::setProperty()和QObject::property()通过名字来动态设置或者获取对象属性；
QMetaObject: :newlnstance()构造该类的一个新实例。

除了这些特性，还可以使用qobject_cast()函数来对QObject类进行动态类型转换，这个函数的功能类似于标准C+ +中的dynamic_cast()函数，但它不再需要RTTI的支持。这个函数尝试将它的参数转换为尖括号中的类型的指针，如果是正确的类型，则返回一个非零的指针，如果类型不兼容则返回0。例如：

QObject *obj = new MyWidget；

QWidget *widget = qobject_cast<QWidget *>(obj)；

信号和槽机制是Qt的核心内容，而信号和槽机制必须依赖于元对象系统，所以它是Qt中很关键的内容。这里只是说明了它的一些应用，关于它的具体实现机制，这里不再讲述。关于元对象系统的具体描述，可以在Qt中查看The Meta Object System关键字。