3.5 Qt对象模型
标准C++对象模型（C++ object model）非常高效地支持对象范式（object paradigm）。然而，在某些方面却表现不足，比如信号的传递、事件的传递和处理等。GUI编程既要求运行时的高效性，又需要有更好的灵活性。Qt GUI编程语言结合了Qt对象模型（Qt Object Model）的灵活性，以及标准C++运行时的高效性。
为了更好地满足GUI图形用户界面编程，Qt的对象模型在标准C++的基础上新增了一些特性：
● 元对象系统（Meta-Object System），提供
对象通信机制：信号和槽；
动态的对象转换（dynamic cast）。
● 可查询和可设计的对象属性（object properties）；
● 层次结构、可查询的对象树（object trees）；
● 安全的指针（QPointer），在对象销毁时，该指针自动设置为NULL值，这有别于C++的指针；
● 强大的事件和事件过滤器；
● 支持国际化的文本转换机制；
● 定时器机制，使得多个任务（tasks）可以集成在一个事件驱动的（event-driven）GUI中。
Qt对象模型中的大多数特性都是通过标准C++技术实施的。其他的特性，像对象通信机制、动态属性系统（dynamic property system）等需要Qt自身提供的元对象编译器（Meta-Object Compiler, moc)的支持。
本小节主要介绍元对象系统、对象属性系统和对象树，其他内容将在相关章节中陆续阐述。
3.5.1 元对象系统
Qt元对象系统提供了对象间的通信机制（信号和槽）、运行时类型信息和动态属性系统的支持，是标准C++的一个扩展，它使得Qt更好地实现GUI图形用户界面编程。Qt的元对象系统不支持C++模板，尽管模板扩展了标准C++的功能，但是元对象系统提供了模板无法提供的一些特性。
Qt的元对象系统基于三个事实：
● 基类QObject，任何想使用元对象系统功能的类必须继承自QObject；
● Q_OBJECT宏，Q_OBJECT宏必须出现在类的私有声明区，以启动元对象的特性；
● 元对象编译器（Meta-Object Compiler, moc），为QObject子类实现元对象特性提供必要的代码实现。
下面以CFindFileForm类的头文件findfileform.h为例，看一下Qt moc工具的工作过程：
在编译应用程序的时候，由make工具调用moc工具进行处理；
moc工具读取头文件findfileform.h，看是否包含Q_OBJECT宏，如果包含则进行下一步处理，否则moc放弃对findfileform.h的处理；
moc根据findfileform.h生成另一个C++源文件（默认的情况下名字命名为moc_findfileform. cpp），该源文件包含了元对象代码的实现；
接着，C++编译器处理moc_findfileform.cpp文件，生成中间文件moc_findfileform.o；
最后，连接器将moc_findfileform.o与其他应用程序的中间文件连接起来，生成可执行应用程序文件。
元对象系统除了支持信号/槽机制和对象的动态转换（这两个内容已经在前面的章节中讲到，不再赘述）外，还提供一些其他的特性，包括：
● QObject::metaObject()，返回一个类的元对象；
● QMetaObject::className()，在运行时以字符串的形式返回类名，但不需要C++编译器的RTTI的支持（RTTI会降低C++应用程序的运行效率）；
● QObject::inherits()，判断一个对象是否是某个指定类的子类实例；
● QObject::tr()和QObject::trUtf8()，进行国际化的字符串翻译，等等。
下面，看一下使用元对象特性的一个例子。
// chapter03/metaobj/src/metaobj.cpp.
#include <QDebug>
#include <QtGui>
#include <QtCore>
int main(int argc, char ＊argv[])
{
QApplication app(argc, argv);
QTextCodec::setCodecForTr(QTextCodec::codecForName("gb18030"));
QObject＊ obj = new QLabel;
const QMetaObject＊ mo = obj->metaObject();
qDebug() << QObject::tr("类名：%1").arg(mo->className());
qDebug() << QObject::tr("是否继承自QWidget：%1")
.arg(obj->inherits("QWidget") ? QObject::tr("是"):QObject::tr("否") );
return 0;
}
程序运行的结果为：
"类名：QLabel"
"是否继承自QWidget：是"
3.5.2 属性系统
Qt的属性系统建立在Qt元对象系统的基础上，可以工作在Qt支持的任何平台，并且能够使用任何标准的C++编译器。
在类的定义文件中，通过使用Q_PROPERTY()宏声明一个属性，而且只有继承自QObject的子类才可以使用Qt的属性系统。一个属性类似于类的数据成员，不过同数据成员相比，属性具有下列一些特征：
● 必须有一个读（read）函数；
● 一个可选的写（write）函数（只读属性没有写函数）；
● 一个可选的重置（reset）函数，将属性恢复到一个默认值，该函数必须返回void并且没有任何参数；
● 一个可选的“DESIGNABLE”特性，表明该属性是否在GUI构造器（例如，Qt设计器）中可用的，可写属性的默认值为true，只读属性的默认值为false；
● 一个可选的“SCRIPTABLE”特性，表明脚本引擎（scripting engine）是否可以访问该属性，可写属性的默认值为true，只读属性默认值为false；
● 一个可选的“STORED”特性，表明该属性是否持久的，即当存储一个对象的状态时，是否保存该属性的值，该特性仅仅对可写属性有意义，默认值为true。
读、写和重置函数可以像一般的成员函数一样，既可以是虚的，也可以从父类继承。不同的是，多继承情况下，读、写和重置函数必须继承自第一个父类（即类的定义中，继承类列表中最左边的类）。
下面，看一个使用对象属性的例子（KDevelop工程名：property）。首先看一下类的定义文件weapon.h。
// chapter03/property/src/weapon.h.
#include <QObject>
#ifndef _WEAPON_H_
#define _WEAPON_H_
typedef enum {
nil,
ready,
fired,
exceptional
}Status;
class CWeapon : public QObject
{
Q_OBJECT
Q_PROPERTY(Status status READ getStatus WRITE setStatus)
Q_ENUMS(Status)
public:
CWeapon(QObject ＊parent = 0);
void setStatus(Status s);
Status getStatus() const;
private:
Status status;
};
#endif
头文件中定义了一个Status枚举类型，表示武器的状态：无弹、就绪、开火和异常。该枚举类型之所以定义在类CWeapon的外面，是为了方便在CWeapon作用域之外使用它（否则，getStatus()函数的返回类型必须是CWeapon::Status）。
宏Q_PROPERTY()向元对象系统注册一个属性，它的语法如下，
Q_PROPERTY(Type name
READ getFunction
[WRITE setFunction]
[RESET resetFunction]
[DESIGNABLE bool]
[SCRIPTABLE bool]
[STORED bool])
其中，类型Type必须是QVariant支持的类型或者是同属性所在类一起声明的枚举类型。而且，枚举类型必须通过Q_ENUM()宏在属性系统进行注册。
另一个类似于Q_ENUMS()的宏是Q_FLAGS()。与Q_ENUMS()不同的是，Q_FLAGS()除了向属性系统注册枚举类型外，它还会将这个枚举标识为一组“标记（flags）”，这些枚举值可以进行位操作。
宏Q_PROPERTY()只是向元对象系统注册一个属性，因此还需要对属性及其操作进行声明。此外，Q_PROPERTY()宏中的属性名字name可以和私有成员的名字不同，而操作名字必须相同。例如，
Q_PROPERTY(Status status READ getStatus WRITE setStatus)
而私有区的成员可以声明为：
private:
Status m_Status;
Status m_St;
不过，读写函数的实现必须做出相应的修改，对属性的读、写等操作必须针对m_Status（如果m_Status是属性status对应的成员的话）。而读、写函数名字必须是getStatus和setStatus。对类CWeapon的外部而言，只有名字status是可见的（比如在Qt设计器或者在脚本当中，可以直接对CWeapon的status属性进行修改。具体详见第19章“Qt插件”和第20章“脚本——QtScript”的相关内容）。
下面是类CWeapon的实现文件weapon.cpp的内容。
// chapter03/property/src/weapon.cpp.
#include "weapon.h"
CWeapon::CWeapon(QObject ＊ parent)
: QObject(parent)
{
}
构造函数完成对象的初始化。
Status CWeapon::getStatus() const
{
return status;
}
属性的读函数获取属性的值。
void CWeapon::setStatus(Status s)
{
status = s;
}
属性的写函数设置属性的值。
除了使用Q_PROPERTY()宏定义一个属性外，还可以通过QObject::setProperty()函数在运行时添加一个动态属性。相应的，QObject::property()可以获取动态属性的值。
下面，看一下对象动态属性的例子。
// chapter03/property/src/property.cpp.
#include <QtCore>
#include "weapon.h"
int main(int argc, char ＊argv[])
{
QCoreApplication app(argc, argv);
CWeapon weapon;
weapon.setStatus(fired);
qDebug() << "status " << weapon.getStatus();
weapon.setProperty("own", 1);
qDebug() << "own" << weapon.property("own").toInt();
return 0;
}
上面的程序将会给CWeapon对象weapon添加一个名字为“own”的动态属性，并且输出该动态属性的值。
编译运行应用程序，输出结果为：
status 2
own 1
3.5.3 对象树
Qt提供了一种机制，能够自动、有效地组织和管理继承自QObject的Qt对象（包括继承自QObject类的自定义类），这种机制就是Qt对象树。当应用程序生成一个具有父窗口部件
的Qt对象的时候（通过在构造函数中的QObject* parent参数指定），这个新的对象将会被添加到父窗口部件的孩子列表中（通过QObject::children()能够获取对象的子窗口部件），而当对象的父窗口部件被销毁的时候，Qt的对象树机制能够保证也销毁它所有的子窗口部件。
Qt的对象树机制对于图形用户界面编程是非常有用的，例如，一个QShortcut对象被设置为一个窗口部件的孩子，当用户关闭并销毁该窗口部件时，这个QShortcut对象也就被销毁了，这极大地减少了程序员的工作，能够将主要精力放到系统的业务上，提高了编程效率，也增强了系统的稳健性。
C++编程一个重要的方面是防止内存泄露，方法是通过new操作创建的对象必须通过delete操作进行销毁。尽管程序员已经在这方面做得很小心，但好像做得并不出色。而Qt的对象树机制可以减轻内存泄露带来的压力。在进行Qt GUI编程的时候，可以选择Qt对象的销毁方式：
● 销毁Qt对象树中的顶层Qt对象，由对象树机制保证子窗口部件的销毁；
● 在代码中显示销毁（delete）子窗口部件。
对于显式销毁子窗口部件对象，要保证先销毁子窗口部件之后，再销毁它的父窗口部件。否则的话，将会导致语义未定义。这是因为销毁一个不存在的窗口部件造成的（因为先销毁父窗口部件的话，子窗口部件也被销毁了，当再显式销毁子窗口部件的时候，相当于销毁一个不存在的对象，语义是未定义的）。
下面，看一下利用对象树销毁窗口部件的例子。
// chapter03/objtree/exam1.
#include <QtGui>
#include <QDebug>
int main(int argc, char ＊argv[])
{
QApplication app(argc, argv);
QDialog＊ dlg = new QDialog(0);
qDebug() << "dlg(1) = " << dlg;
创建一个对话框堆窗口对象（父设置为0），输出该对话框对象。输出结果为：
dlg(1) = QDialog(0x8bca500)
注意，括号中的地址会因环境的差异而会不同。
QTableWidget＊ tbl = new QTableWidget(dlg);
qDebug() << "tbl(1) = " << tbl;
创建一个QTableWidget堆对象，父设置为上面创建的对话框窗口，然后输出该表格窗口部件。输出结果为
tbl(1) = QTableWidget(0x8bcd080)
dlg->exec();
执行对话框（在出现的对话框中执行关闭操作）。
qDebug() << "dlg(2) = " << dlg;
qDebug() << "tbl(2) = " << tbl;
再次输出对话框窗口和表格窗口部件，输出结果分别与dlg(1)和tbl(1)的结果相同，说明关闭一个窗口，只会隐藏该窗口，而不会销毁。
dlg->exec();
delete dlg;
再次执行对话框，然后销毁对话框窗口dlg。
Q_ASSERT(dlg != NULL);
Q_ASSERT(tbl != NULL);
尽管窗口部件被销毁了，但对象指针没有被赋值为0，这是由编译器决定的。注意，C++标准约定，允许销毁一个值为NULL的指针。
qDebug() << "after delete parent";
delete tbl;
销毁表格子窗口部件tbl，结果会出现段错误。说明对象树在起作用，已经将表格子窗口部件销毁掉了。输出结果为
after delete parent
段错误
return 0;
}
现在，改变一下销毁对象的顺序：先销毁子窗口部件，再销毁父窗口部件。
// chapter03/objtree/exam2.
#include <QtGui>
#include <QDebug>
int main(int argc, char ＊argv[])
{
QApplication app(argc, argv);
QDialog＊ dlg = new QDialog(0);
qDebug() << "dlg(1) = " << dlg;
QTableWidget＊ tbl = new QTableWidget(dlg);
qDebug() << "tbl(1) = " << tbl;
dlg->exec();
qDebug() << "dlg(2) = " << dlg;
qDebug() << "tbl(2) = " << tbl;
delete tbl;
dlg->exec();
销毁表格子窗口部件tbl，再次执行对话框。这时，呈现的对话框没有表格了。说明表格子窗口部件已经被销毁掉，而父窗口仍然可以运行。
Q_ASSERT(dlg != NULL);
Q_ASSERT(tbl != NULL);
qDebug() << "after delete child";
delete dlg;
销毁父窗口dlg，应用程序运行正常。
return 0;
}
也可以隐含设置Qt GUI对象间的父子关系，该方法不需要在构造函数中设置参数<QWidget*parent>。
// chapter03/objtree/exam3.
#include <QtGui>
#include <QDebug>
int main(int argc, char ＊argv[])
{
QApplication app(argc, argv);
QDialog＊ dlg = new QDialog(0);
QTableWidget＊ tbl = new QTableWidget(dlg);
QHBoxLayout＊ layout = new QHBoxLayout;
layout->addWidget(tbl);
dlg->setLayout(layout);
QList<QObject＊> list = dlg->children();
QDebug() << "dialog's children: ";
for(int i=0; i<list.size(); ++i)
qDebug() << list.at(i);
函数QObject::children()获取Qt对象的子窗口部件。
输出结果为：
dialog's children:
QTableWidget(0x83a8f50)
QHBoxLayout(0x84705f0)
list = layout->children();
qDebug() << "layout's children: ";
for(int i=0; i<list.size(); ++i)
qDebug() << list.at(i);
输出QHBoxLayout对象的子窗口部件，输出结果为：
layout's children:
即QHBoxLayout对象layout的子窗口部件为空，说明通过QHBoxLayout::addWidget()添加的窗口部件并不是由QHBoxLayout的对象树进行组织管理。
delete tbl;
list = dlg->children();
qDebug() << "afterdelete tablewidget, dialog's children: ";
for(int i=0; i<list.size(); ++i)
qDebug() << list.at(i);
销毁表格子窗口部件后，输出对话框的子窗口部件。输出结果为：
afterdelete tablewidget, dialog's children:
QHBoxLayout(0x84705f0)
return 0;
}
注意，Qt GUI中“父窗口部件/子窗口部件”关系是区别于面向对象编程中的对象继承关系“父对象和子对象”的。