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Qt開發思想探幽]QObject、模板繼承和多繼承

2023-08-28 15:00:23

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[Qt開發探幽]QObject、模板繼承和多繼承

當我們在用Qt開發一個軟體框架的時候，在一個正式一點的庫或者框架中，我們不可避免地想要使用繼承，但是可能當我們開發完一個模組後，會發現一些問題，比如說在編譯的時候發現父類別會編譯不通過。

先說結論：
1.Qt的QObject不支援模板繼承。
2.如果需要使用QObject進行多繼承的話，子物件參照的父類別鏈至多隻能含有一個QObject
3.如果使用模板類和QObject做多繼承，依然會編譯不通過

1. QObject為什麼不允許模板繼承：

  1. 元物件系統的複雜性：元物件系統（Meta-Object System）是 Qt 的一個重要特性，它允許在執行時獲取物件的元資訊，如類名、屬性、訊號、槽等。這個系統需要在編譯階段生成額外的元資訊，並且在執行時維護一個元物件表。這個系統在處理模板類時會變得複雜，因為模板類的範例化和使用涉及到編譯期和執行時的多個步驟，而元物件系統的設計主要針對靜態型別的類層次結構。

  2. 編譯期型別資訊：元物件系統需要在編譯期生成一些額外的型別資訊，用於支援訊號槽和反射等功能。模板類的範例化和型別資訊在編譯期可能變得模糊不清，這會導致元物件系統難以正確處理模板類的元資訊。

  3. 型別擦除：C++ 模板的一個特點是型別擦除，即編譯器在模板範例化時會生成不同的程式碼，但生成的程式碼是針對特定的型別的，而不是模板本身。這種型別擦除使得在執行時獲取模板型別資訊變得複雜，而元物件系統需要在執行時獲取型別資訊。

  4. 訊號槽連線的動態性：訊號槽機制允許在執行時動態地連線和斷開訊號槽。這就要求在執行時能夠準確地識別訊號和槽的引數型別，以便進行引數匹配。模板類的引數型別在編譯期可能不確定，這給訊號槽的動態連線帶來挑戰。

所以在繼承了QObject的模板類中，編譯會導致QMetaObject找不到元物件而發生編譯期報錯，所以請不要讓任何模板類繼承QObject。

你可能會問了，那類似QList和QSharedPointer類為什麼可以是模板類，而且也是Qt的東西呢？這恰好是Qt這個庫取巧的地方：所有的模板類都是容器，也就是說他們這個模板類中允許裝入任何它們想要的東西。或者換句話說，Qt中所有的模板類，都不是QObject的子類，不然的話可以直接看標頭檔案：
也就是說，Qt內部其實自己也是遵循這個規則的：請不要讓任何模板類繼承QObject。

2.如果需要使用QObject進行多繼承的話，子物件參照的父類別鏈至多隻能含有一個QObject

QObject有一個很重要的特點，就是不支援拷貝。

  1. 在 Qt 的多繼承體系中，只有一個類可以擁有 QObject 功能，這個類必須是多繼承鏈中的第一個類。QObject 類為了支援元物件系統、訊號槽機制以及其他與執行時型別資訊相關的功能，要求繼承 QObject 的類在建構函式中通過傳遞 parent 引數來指定父物件。這個父物件就是用於建立物件之間關係的，例如在父物件解構時，它的子物件也會被解構。

  2. 由於 C++ 的多繼承特性，當一個類需要繼承多個類，而其中一個類是 QObject，為了保證 QObject 的正確功能，必須將 QObject 繼承鏈放在多繼承鏈的第一個位置。這是因為 QObject 繼承鏈在構造和解構過程中有一些特殊的操作，需要在第一個類中執行。

3.如果使用模板類和QObject做多繼承，編譯不通過

這是因為 QObject 類需要在構造和解構過程中執行特殊的操作，以支援元物件系統、訊號槽機制和其他與執行時型別資訊相關的功能。而模板類的繼承可能會干擾這些特殊操作，導致編譯錯誤或者執行時問題。

QObject 的特殊操作需要在建構函式中執行，並且這些操作需要基於類的實際型別來進行。而模板類在編譯時才會範例化，因此編譯器在處理模板類時無法獲得完整的型別資訊，從而無法保證 QObject 的特殊操作能夠正確地執行。

為了避免這些問題，Qt 推薦將 QObject 放在繼承鏈的第一個位置，以確保 QObject 的特殊操作可以正確地執行。如果您的類需要多繼承，可以考慮使用介面繼承（純虛擬函式）來實現所需的功能，以避免在多繼承中使用 QObject 和模板類導致的問題。

問題場景

為什麼我突然會想到這個問題呢，因為我確實遇到了，場景大概是這樣的：
我現在在開發一個軟體框架。我現在這個框架內的所有物件都需要包含一些訊號和槽（這是為了統一上下資訊的交換），我們管這個最底層的東西叫TSG_Caller，理論上我這個框架內所有的東西都應該要繼承到這個TSG_Caller中，方便我進行管理：


它實際上只有一些訊號和槽，我希望任何物件都能通過註冊，在kernel內統一地操作這些訊號與槽，不僅僅是一些細分的類，大類也要提供這些東西。

當我開發到一定程度之後，我細化到對某個裝置的操控。於是我寫了一個模板類，用來初始化一些模板類的基本型別。我希望不同的裝置有不同的輸入引數型別，於是我們就有了如下的裝置模板類：


於是這裡就出現問題了：QObject和模板類的繼承相容不能說不好，只能說基本完全不允許使用。當然了，這也是可以理解的，畢竟MetaObject這麼強大的功能不能支援模板也是理所當然的事。

至於解決方法，那就只能改造這個裝置類了，不能用模板類了，而是隻能採用通用的輸入型別。我這裡因為輸入的引數型別有限而且都是明文，所以我這裡將所有的輸入和輸出都改成QString傳輸json字串，當然了輸入的字串也要提供給外部一個判斷的函數，以免外部輸入錯誤。

修改後的介面如下：

不知道有沒有更好的辦法，也許有，但是目前我只想到這種比較簡單的方法