在Qt中有一个元对象系统，该系统通过扩展C++，提供了信号与槽机制（事件处理）和属性系统。为了支持这些新特性，Qt引入了元对象编译器（Meta-Object Compiler，MOC），用来解析头文件并生成moc_className.cpp，将其与其他文件一起编译，实现元对象系统的基本功能。

MOC的工作原理

MOC会去读取C++的源文件，寻找qt特定宏（如Q_OBJECT，Q_PROPERTY，signals，slots等），当它找到这些宏时，就会生成一个moc_className.cpp，其中包括了类的元信息，然后将这个文件以某种方式编译和链接到应用程序中。
MOC生成的代码主要有：

  • 元对象代码：指对象的信息，如类名、超类名、方法、属性、信号、槽。
  • 信号和槽的实现：实现了信号槽机制，允许对象之间进行低耦合通信。
  • 动态属性系统代码：允许在运行时内省和修改对象的属性。

案例

定义一个类XObject，为了让该类可以使用元对象系统，类定义中添加了Q_OBJECT宏。

  • XObject.h

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    #ifndef XOBJECT_H
    #define XOBJECT_H

    #include <QObject>
    class XObject : public QObject
    {
        Q_OBJECT
    public:
        XObject();
        ~XObject();
        Q_PROPERTY(int count READ getCount WRITE setCount)
        int getCount() const;
        void setCount(int val);
    signals:
        void sig_countChanged(int val);
    public slots:
        void slot_countChanged(int val);
    private:
        int count;
    };

    #endif // XOBJECT_H

  • XObject.cpp

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    #include "XObject.h"
    #include <QDebug>

    XObject::XObject()
    {
        connect(this, SIGNAL(sig_countChanged(int)), this, SLOT(slot_countChanged(int)));
    }

    XObject::~XObject()
    {

    }

    int XObject::getCount() const
    {
        return count;
    }

    void XObject::setCount(int val)
    {
        if ( val != count)
        {
            count = val;
            emit sig_countChanged(val);
        }
    }

    void XObject::slot_countChanged(int val)
    {
        qDebug() << "count is modified: " << val;
    }

  • moc_XObject.cpp

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    /****************************************************************************
    ** Meta object code from reading C++ file 'XObject.h'
    **
    ** Created by: The Qt Meta Object Compiler version 67 (Qt 5.14.2)
    **
    ** WARNING! All changes made in this file will be lost!
    *****************************************************************************/

    #include <memory>
    #include "../XObject.h"
    #include <QtCore/qbytearray.h>
    #include <QtCore/qmetatype.h>
    #if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)
    #error "The header file 'XObject.h' doesn't include <QObject>."
    #elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 67
    #error "This file was generated using the moc from 5.14.2. It"
    #error "cannot be used with the include files from this version of Qt."
    #error "(The moc has changed too much.)"
    #endif

    QT_BEGIN_MOC_NAMESPACE
    QT_WARNING_PUSH
    QT_WARNING_DISABLE_DEPRECATED
    struct qt_meta_stringdata_XObject_t {
        QByteArrayData data[6];
        char stringdata0[54];
    };
    #define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \
        Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \
        qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_XObject_t, stringdata0) + ofs \
            - idx * sizeof(QByteArrayData)) \
        )
    static const qt_meta_stringdata_XObject_t qt_meta_stringdata_XObject = {
        {
    QT_MOC_LITERAL(0, 0, 7), // "XObject"
    QT_MOC_LITERAL(1, 8, 16), // "sig_countChanged"
    QT_MOC_LITERAL(2, 25, 0), // ""
    QT_MOC_LITERAL(3, 26, 3), // "val"
    QT_MOC_LITERAL(4, 30, 17), // "slot_countChanged"
    QT_MOC_LITERAL(5, 48, 5) // "count"

        },
        "XObject\0sig_countChanged\0\0val\0"
        "slot_countChanged\0count"
    };
    #undef QT_MOC_LITERAL

    static const uint qt_meta_data_XObject[] = {

     // content:
           8,       // revision
           0,       // classname
           0,    0, // classinfo
           2,   14, // methods
           1,   30, // properties
           0,    0, // enums/sets
           0,    0, // constructors
           0,       // flags
           1,       // signalCount

     // signals: name, argc, parameters, tag, flags
           1,    1,   24,    2, 0x06 /* Public */,

     // slots: name, argc, parameters, tag, flags
           4,    1,   27,    2, 0x0a /* Public */,

     // signals: parameters
        QMetaType::Void, QMetaType::Int,    3,

     // slots: parameters
        QMetaType::Void, QMetaType::Int,    3,

     // properties: name, type, flags
           5, QMetaType::Int, 0x00095103,

           0        // eod
    };

    void XObject::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
    {
        if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
            auto *_t = static_cast<XObject *>(_o);
            Q_UNUSED(_t)
            switch (_id) {
            case 0: _t->sig_countChanged((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
            case 1: _t->slot_countChanged((*reinterpret_cast< int(*)>(_a[1]))); break;
            default: ;
            }
        } else if (_c == QMetaObject::IndexOfMethod) {
            int *result = reinterpret_cast<int *>(_a[0]);
            {
                using _t = void (XObject::*)(int );
                if (*reinterpret_cast<_t *>(_a[1]) == static_cast<_t>(&XObject::sig_countChanged)) {
                    *result = 0;
                    return;
                }
            }
        }
    #ifndef QT_NO_PROPERTIES
        else if (_c == QMetaObject::ReadProperty) {
            auto *_t = static_cast<XObject *>(_o);
            Q_UNUSED(_t)
            void *_v = _a[0];
            switch (_id) {
            case 0: *reinterpret_cast< int*>(_v) = _t->getCount(); break;
            default: break;
            }
        } else if (_c == QMetaObject::WriteProperty) {
            auto *_t = static_cast<XObject *>(_o);
            Q_UNUSED(_t)
            void *_v = _a[0];
            switch (_id) {
            case 0: _t->setCount(*reinterpret_cast< int*>(_v)); break;
            default: break;
            }
        } else if (_c == QMetaObject::ResetProperty) {
        }
    #endif // QT_NO_PROPERTIES
    }

    QT_INIT_METAOBJECT const QMetaObject XObject::staticMetaObject = { {
        QMetaObject::SuperData::link<QObject::staticMetaObject>(),
        qt_meta_stringdata_XObject.data,
        qt_meta_data_XObject,
        qt_static_metacall,
        nullptr,
        nullptr
    } };


    const QMetaObject *XObject::metaObject() const
    {
        return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->dynamicMetaObject() : &staticMetaObject;
    }

    void *XObject::qt_metacast(const char *_clname)
    {
        if (!_clname) return nullptr;
        if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_XObject.stringdata0))
            return static_cast<void*>(this);
        return QObject::qt_metacast(_clname);
    }

    int XObject::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
    {
        _id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
        if (_id < 0)
            return _id;
        if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
            if (_id < 2)
                qt_static_metacall(this, _c, _id, _a);
            _id -= 2;
        } else if (_c == QMetaObject::RegisterMethodArgumentMetaType) {
            if (_id < 2)
                *reinterpret_cast<int*>(_a[0]) = -1;
            _id -= 2;
        }
    #ifndef QT_NO_PROPERTIES
        else if (_c == QMetaObject::ReadProperty || _c == QMetaObject::WriteProperty
                || _c == QMetaObject::ResetProperty || _c == QMetaObject::RegisterPropertyMetaType) {
            qt_static_metacall(this, _c, _id, _a);
            _id -= 1;
        } else if (_c == QMetaObject::QueryPropertyDesignable) {
            _id -= 1;
        } else if (_c == QMetaObject::QueryPropertyScriptable) {
            _id -= 1;
        } else if (_c == QMetaObject::QueryPropertyStored) {
            _id -= 1;
        } else if (_c == QMetaObject::QueryPropertyEditable) {
            _id -= 1;
        } else if (_c == QMetaObject::QueryPropertyUser) {
            _id -= 1;
        }
    #endif // QT_NO_PROPERTIES
        return _id;
    }

    // SIGNAL 0
    void XObject::sig_countChanged(int _t1)
    {
        void *_a[] = { nullptr, const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void*>(std::addressof(_t1))) };
        QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, _a);
    }
    QT_WARNING_POP
    QT_END_MOC_NAMESPACE

  1. 文件头部

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    /****************************************************************************
    ** Meta object code from reading C++ file 'XObject.h'
    **
    ** Created by: The Qt Meta Object Compiler version 67 (Qt 5.14.2)
    **
    ** WARNING! All changes made in this file will be lost!
    *****************************************************************************/

    这部分说明了这个文件是从XObject.h读取并生成的元对象代码，生成是由特定版本的Qt元对象编译器完成的。该文件是自动生成的，用户不应手动编辑它。

  2. 包含的头文件

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    #include <memory>
    #include "../XObject.h"
    #include <QtCore/qbytearray.h>
    #include <QtCore/qmetatype.h>

    这里包含了必要的库和头文件：
    memory用于智能指针。
    XObject.h是实际的类定义文件。
    qbytearray.h和qmetatype.h是Qt提供的用于处理字节数组和元类型的头文件。

  3. MOC版本检查

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    #if !defined(Q_MOC_OUTPUT_REVISION)
    #error "The header file 'XObject.h' doesn't include <QObject>."
    #elif Q_MOC_OUTPUT_REVISION != 67
    #error "This file was generated using the moc from 5.14.2. It"
    #error "cannot be used with the include files from this version of Qt."
    #error "(The moc has changed too much.)"
    #endif

这部分检查是否包含了头文件（这是Qt类的基类），以及MOC的输出版本是否与当前的Qt版本匹配。这是为了保证生成的元对象代码与类定义的一致性。

  1. 元信息结构
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    QT_BEGIN_MOC_NAMESPACE
    QT_WARNING_PUSH
    QT_WARNING_DISABLE_DEPRECATED
    struct qt_meta_stringdata_XObject_t {
        QByteArrayData data[6];
        char stringdata0[54];
    };
    定义了一个结构体qt_meta_stringdata_XObject_t，用于存储与XObject类相关的字符串数据和元信息。
  2. 字符串数据初始化
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    #define QT_MOC_LITERAL(idx, ofs, len) \
        Q_STATIC_BYTE_ARRAY_DATA_HEADER_INITIALIZER_WITH_OFFSET(len, \
        qptrdiff(offsetof(qt_meta_stringdata_XObject_t, stringdata0) + ofs \
            - idx * sizeof(QByteArrayData)) \
        )
    该宏用于初始化字符串数据，qt_meta_stringdata_XObject中包含了信号、槽和属性的名称。
  3. 元数据数组
    cpp
    static const uint qt_meta_data_XObject[] = {
    // content:
    8, // revision
    0, // classname
    0, 0, // classinfo
    2, 14, // methods
    1, 30, // properties
    0, 0, // enums/sets
    0, 0, // constructors
    0, // flags
    1, // signalCount

// signals: name, argc, parameters, tag, flags
1, 1, 24, 2, 0x06 /* Public /,
// slots: name, argc, parameters, tag, flags
4, 1, 27, 2, 0x0a / Public */,
// signals: parameters
QMetaType::Void, QMetaType::Int, 3,
// slots: parameters
QMetaType::Void, QMetaType::Int, 3,
// properties: name, type, flags
5, QMetaType::Int, 0x00095103,
0 // eod
};
这里定义了qt_meta_data_XObject数组，包含了有关XObject类的元数据信息，包括：
版本号、类名、类信息、方法数量、属性数量、信号数量等。
信号和槽的名称、参数数量、参数类型等信息。
此外，还有属性的名称、类型和标志。
7. 静态元调用函数
cpp
void XObject::qt_static_metacall(QObject *_o, QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
该函数用于处理信号和槽的调用。
根据调用类型（_c），它可以调用信号或槽，或者读取和写入属性。
8. metaObject和qt_metacast方法
cpp
const QMetaObject *XObject::metaObject() const
{
return QObject::d_ptr->metaObject ? QObject::d_ptr->dynamicMetaObject() : &staticMetaObject;
}

void *XObject::qt_metacast(const char *_clname)
{
if (!_clname) return nullptr;
if (!strcmp(_clname, qt_meta_stringdata_XObject.stringdata0))
return static_cast<void*>(this);
return QObject::qt_metacast(_clname);
}
metaObject返回该类的元对象信息。
qt_metacast用于支持动态类型转换。
9. qt_metacall方法
cpp
int XObject::qt_metacall(QMetaObject::Call _c, int _id, void **_a)
{
_id = QObject::qt_metacall(_c, _id, _a);
if (_id < 0)
return _id;
if (_c == QMetaObject::InvokeMetaMethod) {
if (_id < 2)
qt_static_metacall(this, _c, _id, _a);
_id -= 2;
}
…
return _id;
}
qt_metacall用于处理元对象调用，包括信号和槽的调用。
10. 信号的实现

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// SIGNAL 0
void XObject::sig_countChanged(int _t1)
{
    void *_a[] = { nullptr, const_cast<void*>(reinterpret_cast<const void*>(std::addressof(_t1))) };
    QMetaObject::activate(this, &staticMetaObject, 0, _a);
}

这个函数实现了sig_countChanged信号的激活，负责触发信号并传递参数。