Qt的元对象系统提供了信号和槽机制（用于对象间的通信）、运行时类型信息和动态属性系统。

元对象系统基于三个要素：

1、QObject类为那些可以利用元对象系统的对象提供了一个基类。
2、在类声明中使用Q_OBJECT宏用于启用元对象特性，比如动态属性、信号和槽。
3、元对象编译器（moc）为每个QObject子类提供必要的代码来实现元对象特性。

moc工具读取C++源文件，如果发现一个或多个包含Q_OBJECT宏的类声明，它会生成另一个C++源文件，其中包含了这些类的每个元对象的代码。这个生成的源文件被#include进入类的源文件，更常见的是被编译并链接到类的实现中。

引入这个系统的主要原因是信号和槽机制，此外它还提供了一些额外功能：

1、QObject::metaObject() 返回与该类相关联的元对象。

2、QMetaObject::className() 在运行时以字符串形式返回类名，而无需通过 C++ 编译器提供本地运行时类型信息（RTTI）支持。

3、QObject::inherits() 函数返回一个对象是否是在 QObject 继承树内继承了指定类的实例。

4、QObject::tr() 和 QObject::trUtf8() 用于国际化的字符串翻译。

5、QObject::setProperty() 和 QObject::property() 动态地通过名称设置和获取属性。

6、QMetaObject::newInstance() 构造该类的新实例。

QMetaObject类包含有关Qt对象的元信息。每个在应用程序中使用的QObject子类都会创建一个QMetaObject实例，该实例存储了该QObject子类的所有元信息。此对象可通过QObject::metaObject()方法获得。
 

QMetaObject定义：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject{
    //...
    struct { // private data
        const QMetaObject *superdata;
        const QByteArrayData *stringdata;
        const uint *data;
        typedef void (*StaticMetacallFunction)(QObject *, QMetaObject::Call, int, void **);
        StaticMetacallFunction static_metacall;
        const QMetaObject * const *relatedMetaObjects;
        void *extradata; //reserved for future use
    } d;
}

QMetaObject是个结构体，没有构造函数。忽略掉所有方法声明，只剩一个结构体变量。

QMetaObject的变量会在moc_*.cpp文件中赋值：

//moc_mainwindow.cpp
QT_INIT_METAOBJECT const QMetaObject MainWindow::staticMetaObject = { {
    &QMainWindow::staticMetaObject,
    qt_meta_stringdata_MainWindow.data,
    qt_meta_data_MainWindow,
    qt_static_metacall,
    nullptr,
    nullptr
} };

变量名	值
const QMetaObject *superdata	&QMainWindow::staticMetaObj
const QByteArrayData *stringdata	qt_meta_stringdata_MainWin
const uint *data	qt_meta_data_MainWindow
StaticMetacallFunction static_metacall	qt_static_metacall
const QMetaObject * const *relatedMetaObjects	nullptr
void *extradata	nullptr

对于const QMetaObject *superdata = &QMainWindow::staticMetaObject;
MainWindow的staticMetaObject的superdata持有了QMainWindow的staticMetaObject，说明MainWindow可以访问QMainWindow的staticMetaObject。

做个小测试：

//mainwindow.cpp
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    //...
    const QMetaObject *metaDta = staticMetaObject.d.superdata;
    while(metaDta){
        qDebug() << metaDta->className();
        metaDta = metaDta->d.superdata;
    }
}

/*
输出结果：
QMainWindow
QWidget
QObject
*/

从这输出结果看，我们可以看出任何类的staticMetaObject都持有了父类的staticMetaObject。

对于const QByteArrayData *stringdata = qt_meta_stringdata_MainWindow.data;

在moc文件里找到qt_meta_stringdata_MainWindow变量：

//moc_mainwindow.cpp
static const qt_meta_stringdata_MainWindow_t qt_meta_stringdata_MainWindow = {
    {
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10) // "MainWindow"

    },
    "MainWindow"
};

qt_meta_stringdata_MainWindow是一个qt_meta_stringdata_MainWindow_t类型，这里对它进行了初始化。继续找到qt_meta_stringdata_MainWindow_t的定义：

//moc_mainwindow.cpp
struct qt_meta_stringdata_MainWindow_t {
    QByteArrayData data[1];
    char stringdata0[11];
};

也就是说stringdata的值为QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10) // "MainWindow"。

QT_MOC_LITERAL的定义：

//moc_mainwindow.cpp
#define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \
    Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \
    qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_MainWindow_t, stringdata0) + ofs \
        - idx * sizeof(QByteArrayData)) \
    )

这个宏的作用是创建一个静态的 QByteArrayData 结构体，该结构体包含了字符串字面值的元数据。再结合注释我们推断stringdata代表"MainWindow"字符串，这里似乎是保存的类名MainWindow。从变量名qt_meta_stringdata_MainWindow推断，这个变量应该就是保存的元对象相关的字符串字面量，但我们默认工程没有元对象，我们在代码中加一个signal：

//mainwindow.h
signals:
    void sigTest();

重新编译，可以看到，qt_meta_stringdata_MainWindow变量的初始化有所改变，从注释看明显包含了我们所加信号的名称：

//moc_mainwindow.cpp
static const qt_meta_stringdata_MainWindow_t qt_meta_stringdata_MainWindow = {
    {
QT_MOC_LITERAL(0, 0, 10), // "MainWindow"
QT_MOC_LITERAL(1, 11, 7), // "sigTest"
QT_MOC_LITERAL(2, 19, 0) // ""

    },
    "MainWindow\0sigTest\0"
};

对于const uint *data = qt_meta_data_MainWindow；

在moc文件中找到qt_meta_data_MainWindow定义，它是一个uint数组，目前还看不出它的作用。

//moc_mainwindow.cpp
static const uint qt_meta_data_MainWindow[] = {
 // content:
       8,       // revision
       0,       // classname
       0,    0, // classinfo
       0,    0, // methods
       0,    0, // properties
       0,    0, // enums/sets
       0,    0, // constructors
       0,       // flags
       0,       // signalCount
       0        // eod
};

对于StaticMetacallFunction static_metacall = qt_static_metacall;

在moc文件里找到qt_static_metacall定义，如果是默认工程，似乎也不做什么：

//moc_mainwindow.cpp
void MainWindow::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
    Q_UNUSED(_o);
    Q_UNUSED(_id);
    Q_UNUSED(_c);
    Q_UNUSED(_a);
}

对于const QMetaObject * const *relatedMetaObjects = nullptr;和void *extradata = nullptr;暂时不讨论。

我们目前找到了staticMetaObject初始化的位置，知道它被赋值了一些数据结构，这些数据结构都和moc相关。

我们看看QMetaObject的其他成员。

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
    class Connection;
    //...
}

class Q_CORE_EXPORT QMetaObject::Connection {
    //...
};

Connection，QMetaObject的内部类，它代表了信号-槽的连接，那就是说我们平常使用的connect都和它相关，是个非常重要的角色。

我们可以看看我们一般使用的connect的定义:

//qobject.h
template <typename Func1, typename Func2>
    static inline typename std::enable_if<QtPrivate::FunctionPointer<Func2>::ArgumentCount == -1, QMetaObject::Connection>::type
            connect(/*...*/)
    {
        //...
        return connectImpl(/*...*/);
    }

调用了connectImpl()：

//qobject.h
static QMetaObject::Connection connectImpl(/*...*/);

的确是返回了QMetaObject::Connection，由此可见Connection是信号-槽系统的关键角色，它代表了一个建立的连接。

再看看其他接口：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
    //...
    //基本信息
    const char *className() const;
    const QMetaObject *superClass() const;
    bool inherits(const QMetaObject *metaObject) const Q_DECL_NOEXCEPT;
    //和类信息相关
    int classInfoOffset() const;
    int classInfoCount() const;
    int indexOfClassInfo(const char *name) const;
    QMetaClassInfo classInfo(int index) const;
    //和方法相关
    int methodOffset() const;
    int methodCount() const;
    int indexOfMethod(const char *method) const;
    QMetaMethod method(int index) const;
    //和枚举相关
    int enumeratorOffset() const;
    int enumeratorCount() const;
    int indexOfEnumerator(const char *name) const;
    QMetaEnum enumerator(int index) const;
    //和属性相关
    int propertyOffset() const;
    int propertyCount() const;
    int indexOfProperty(const char *name) const;
    QMetaProperty property(int index) const;
    QMetaProperty userProperty() const;
    //和构造器相关
    int constructorCount() const;
    int indexOfConstructor(const char *constructor) const;
    QMetaMethod constructor(int index) const;
    //和信号、槽相关
    int indexOfSignal(const char *signal) const;
    int indexOfSlot(const char *slot) const;
    static bool checkConnectArgs(const char *signal, const char *method);
    static bool checkConnectArgs(const QMetaMethod &signal,
                                 const QMetaMethod &method);
    static QByteArray normalizedSignature(const char *method);
    static QByteArray normalizedType(const char *type);
    //...
}

这些方法几乎提供了获取所有"元成员"信息的方式，包括构造器、方法、属性等，之所以说“元成员”，是因为被Q_INVOKABLE、Q_PROPERTY等宏修饰的成员才具有"元能力"。

和信号-槽相关的接口：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
    // internal index-based connect
    static Connection connect(const QObject *sender, int signal_index,
                              const QObject *receiver, int method_index,
                              int type = 0, int *types = nullptr);
    // internal index-based disconnect
    static bool disconnect(const QObject *sender, int signal_index,
                           const QObject *receiver, int method_index);
    //...
    // internal index-based signal activation
    static void activate(QObject *sender, int signal_index, void **argv);
    //...
}

从注释来看，这些接口用于内部，是以索引为基础的一些方法。

接下来是很多重载或者模板的invokeMethod()：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
    //...
    invokeMethod(/*...*/);
    //...
}

用于调用obj的信号或者槽。

接下来是newInstance()：

//qobjectdefs.h
struct Q_CORE_EXPORT QMetaObject
{
    //...
    QObject *newInstance(/*...*/);
    //...
}

它是用来调用构造函数的。

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