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您可能知道，Qt有一个元类型系统，该系统提供有关类型的运行时动态信息。它可以将您的类型存储在QVariant中，并在信号插槽系统中排成队列，并在整个QML引擎中使用。在即将发布的Qt 6.0版本中，我们借此机会重新审视了它的基础知识，并利用了C ++ 17为我们提供的功能。在下文中，我们将检查这些更改，并说明它们如何影响您的项目。

QMetaType更加了解您的类

在Qt 5中，QMetaType包含默认构造一个类，复制它并销毁它所必需的信息。此外，它知道如何将其保存到QDataStream以及从QDataStream加载它，并存储了一些标志来描述它的各种属性（例如，类型是否琐碎，枚举等）。另外，它将存储该类型的QMetaObject（如果有的话）和一个数字ID，以标识该类型以及类型名称。

最后，QMetaType包含用于比较某种（元）类型的对象，进行打印qDebug以及从一种类型转换为另一种类型的功能。但是，您必须使用QMetaType::registerComparators()QMetaType中的和其他静态寄存器函数才能真正利用该功能。这会将指向这些函数的指针放入相应的注册表中，基本上是从元类型ID到函数指针的映射。

在Qt 6中，我们做的第一件事就是扩展QMetaType中存储的信息。现代C++已经有将近10年的历史了，所以是时候在QMetaType中存储移动构造函数的信息了。而且为了更好地支持过度对齐的类型，我们现在也存储了你的类型的对齐要求。此外，我们认为注册表有点笨拙。毕竟，我们为什么要要求你调用QMetaType::registerEqualsComparator()，而我们已经可以通过简单地查看类型来知道这一点？所以在 Qt 6 中，QMetaType::registerEqualsComparator、QMetaType::registerComparators、qRegisterMetaTypeStreamOperators 和 QMetaType::registerDebugStreamOperator 已经被删除。元类型系统会自动知道这些。这里的例外是QMetaType::registerConverterFunction。相反，元类型系统将自动知道这些信息。这里的离群值是QMetaType::registerEqualsComparatorQMetaType::registerComparatorsqRegisterMetaTypeStreamOperatorsQMetaType::registerDebugStreamOperatorQMetaType::registerConverterFunction。由于无法可靠地知道应该使用哪些函数进行转换，并且我们允许注册基本上任意的转换，因此该功能与Qt 5中的相同。

通过这些更改，我们还可以统一处理Qt内部类型和用户注册的类型：这意味着例如QMetaType::compare现在可以使用int：

#include 
#include 

int main() {
  int i = 1;
  int j = 2;
  int result = 0;
  const bool ok = QMetaType::compare(&i, &j, QMetaType::Int, &result);
  if (ok) {
    // prints -1 as expected in Qt 6
    qDebug() << result; } else { // This would get printed in Qt 5 qDebug() << "Cannot compare integer with QMetaType :-("; } }

QMetaType在编译时知道您的类型

多亏了C++反思能力的各种进步，我们现在可以在编译时从一个类型中获得我们需要的所有信息--包括它的名字。在 Qt 中，我们使用了一个非常类似的方法，尽管对旧编译器进行了某些扩展和变通。但比实现更有趣的是它对你意味着什么。首先，我们不需要通过以下两种方式创建 QMetaType

QMetaType oldWay1 = QMetaType::fromName("KnownTypeName");

或者

QMetaType oldWay2(knownTypeID);

现在建议您使用以下命令创建QMetaType

QMetaType newWay = QMetaType::fromType();

如果你知道类型。其他方法仍然存在，当你在编译时不知道类型时，这些方法是有用的。然而，fromType 避免了在运行时从 id/name 到 QMetaType 的一次查找。请注意，从 Qt 5.15 开始，你已经可以使用 fromType 了，但它仍然会进行一次查找。此外，你不能复制QMetaType，这限制了它的实用性，使它更方便地传递类型id。然而，在 Qt 6 中，QMetaType 是可以复制的。

#include 
#include 
#include 

struct MyType {
  int i = 42;
  friend QDebug operator<<(QDebug dbg, MyType t) { QDebugStateSaver saver(dbg); dbg.nospace() << "MyType with i = " << t.i; return dbg; } }; int main() { MyType myInstance; QVariant var = QVariant::fromValue(myInstance); qDebug() << var; }

在Qt 5中，这将导致以下带有gcc的错误消息（+有关实例化失败的更多警告）：

/usr/include/qt/QtCore/qmetatype.h: In instantiation of 'constexpr
int qMetaTypeId() [with T = MyType]':
/usr/include/qt/QtCore/qvariant.h:371:37:   required from 'static QVariant
QVariant::fromValue(const T&) [with T = MyType]'
test.cpp:16:48:   required from here
/usr/include/qt/QtCore/qglobal.h:121:63: error: static assertion failed: Type is
not registered, please use the Q_DECLARE_METATYPE macro to make it known to Qt's
meta-object system
  121 | #  define Q_STATIC_ASSERT_X(Condition, Message) static_assert(bool(Condition), Message)
      |
^~~~~~~~~~~~~~~
/usr/include/qt/QtCore/qmetatype.h:1916:5: note: in expansion of macro 'Q_STATIC_ASSERT_X'
 1916 |     Q_STATIC_ASSERT_X(QMetaTypeId2::Defined, "Type is not registered, please use the Q_DECLARE_METATYPE macro to make it known to Qt's meta-object system");

这不是很好，但至少它告诉你需要使用 Q_DECLARE_METATYPE。然而，在Qt 6中，它可以很好地编译，可执行文件将打印QVariant(MyType, MyType with i = 42)，正如人们所期望的那样。不仅是QVariant，队列连接也可以在没有明确的Q_DECLARE_METATYPE的情况下工作。

struct Custom {}; 
 const auto myMetaType = QMetaType::fromType();    
// At this point, we do not know that the name "Custom" maps to the type Custom
  int id = QMetaType::type("Custom");  Q_ASSERT(id == QMetaType::UnknownType);    
qRegisterMetaType();  // from now on, the name -> type mapping works, too  id = QMetaType::type("Custom")  Q_ASSERT(id == myMetaType.id());

如果您使用旧样式的signal-slot-connections或使用，仍然需要具有可用的类型映射名称QMetaObject::invokeMethod。

在编译时创建QMetaType的能力也允许我们将一个类的属性的元类型存储在它的QMetaObject中。这一改变主要是出于QML，这一改变给我们带来了更高的性能，并且希望未来能减少内存消耗。

. 不幸的是，这个变化对属性声明中使用的类型提出了新的要求。当moc看到它时，它的类型（或者如果它是一个指针/引用，指向的类型）需要完整。为了说明这个问题，请看下面的例子。

// example.h
#include 
struct S;

class MyClass : public QObject
{
  Q_OBJECT

  Q_PROPERTY(S* m_s MEMBER m_s);
  S *m_s = nullptr;

  public:
    MyClass(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) {}
};

在Qt 5中，这没有问题。但是，在Qt 6中，您可能会收到类似错误。

In file included from qt/qtbase/include/QtCore/qmetatype.h:1,
                 from qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qobject.h:54,
                 from qt/qtbase/include/QtCore/qobject.h:1,
                 from qt/qtbase/include/QtCore/QObject:1,
                 from example.h:1,
                 from moc_example.cpp:10:
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h: In instantiation of 'struct QtPrivate::IsPointerToTypeDerivedFromQObject':
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h:1073:63:   required from 'struct QtPrivate::QMetaTypeTypeFlags'
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h:2187:40:   required from 'QtPrivate::QMetaTypeInterface QtPrivate::QMetaTypeForType::metaType'
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h:2309:16:   required from 'constexpr QtPrivate::QMetaTypeInterface* QtPrivate::qTryMetaTypeInterfaceForType() [with Unique = qt_meta_stringdata_MyClass_t; TypeCompletePair = QtPrivate::TypeAndForceComplete >]'
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h:2328:55:   required from 'QtPrivate::QMetaTypeInterface* const qt_incomplete_metaTypeArray [1] > >'
moc_example.cpp:102:1:   required from here
qt/qtbase/include/QtCore/../../../../qtdev/qtbase/src/corelib/kernel/qmetatype.h:766:23: error: invalid application of 'sizeof' to incomplete type 'S'
  766 |         static_assert(sizeof(T), "Type argument of Q_PROPERTY or Q_DECLARE_METATYPE(T*) must be fully defined");
      |                       ^~~~~~~~~
make: *** [Makefile:882: moc_example.o] Error 1

注意静态断言，它告诉您必须完全定义类型。可以通过三种不同的方式解决此问题：

1. 不需要正向声明类，只需要包含定义S的头文件即可。
2. 由于包含额外的头会对构建时间产生负面影响，你可以使用Q_MOC_INCLUDE宏来代替。那么只有moc会看到这个包含。简单地使用Q_MOC_INCLUDE("myheader.h")代替#include "myheader.h"。
3. 或者你也可以在你的cpp文件中包含moc生成的文件。当然，这需要实际包含所需的头文件。

最后，在极少数情况下，您会故意使用不透明的指针。在这种情况下，您需要使用Q_DECLARE_OPAQUE_POINTER被使用。

尽管在我们的经验中具有不完整类型的属性并不常见，但这肯定不是最佳选择。此外，我们目前正在研究扩展工具支持，以至少自动检测到此问题。

同样，我们也尝试为元对象系统已知的方法（信号、槽和Q_INVOKABLE函数）的返回类型和参数创建元类型。这样做的好处是可以避免在基于字符串的连接和QML引擎内部进行一些名称到类型的查找。然而，我们知道，在methdos中，不完整的类型是非常常见的。因此，对于方法，我们仍然有一个回退路径，方法类型不需要完整，所以不需要在那里进行修改。如果可以的话，我们会在编译时将元类型存储在元对象中，但如果不能的话，我们会在运行时简单的查找。不过有一个例外：如果你使用声明式类型注册宏（QML_ELEMENT和friends）来注册你的类，我们甚至要求方法类型是完整的。在这种情况下，我们假设你公开的所有元方法实际上都是要在QML中使用的，因此你希望避免任何额外的运行时类型查找（注意这不会影响父类的元方法）。

QMetaType为QVariant提供动力

在我们重构了QMetaType之后，我们也可以清理我们古老的QVariant类的内部结构。在 Qt 6 之前，QVariant 在内部区分了用户类型和内置 Qt 类型，这使得该类变得非常复杂。QVariant也只能在其内部缓冲区中存储最大尺寸为sizeof(void *)和sizeof(double)的值。其他任何值都会被堆分配。在Qt 6中，其他任何东西都会包括常用的类，比如QString（因为QString在Qt 6中是3*sizeof(void *)大）。所以很明显，我们必须为Qt 6重新设计QVariant。而我们也确实重新设计了它！我们设法简化了它的内部架构。我们设法简化了它的内部架构，并使常见的用例变得更快。这包括修改 QVariant，使其现在在 SSO 缓冲区中存储类型 <= 3*sizeof(void *) 。除了允许继续存储QStrings而不需要额外的分配，这也使得它可以存储多态的PIMPL'd类型，如QImage3的QVariant中。这应该证明对在data()中返回图像的项目模型有利。

• QVariant 曾经将 isNull() 调用转发到它所包含的类型--但只适用于有限的 Qt 自己的类型集。这一点已经被改变了，isNull()现在只在QVariant为空或包含一个nullptr时返回true。
• QVariant 的 operator== 现在使用 QMetaType::equals 进行比较。这意味着一些图形类型的行为改变，比如 QPixmap、QImage 和 QIcon，在 Qt 6 中永远不会进行等价比较（因为它们没有比较运算符）。此外，QVariant 中的浮点数现在不再通过 qFuzzyCompare 进行比较，而是使用精确比较。

另一个值得注意的变化是，我们删除了带有QDataStream的QVariant的构造函数。与其构建包含QDataStream的QVariant（与其他构造函数一致），不如尝试从数据流加载QVariant。如果您确实想要这种行为，请operator>>改用。还请注意，QVariant::Type在Qt 6中已弃用了它及其相关方法（但仍然存在）。QMetaType::Type已添加使用的替代API 。这很有用，因为QVariant::type()只能返回QVariant::UserType用户类型，而新的QVariant::typeId()总是返回具体的元类型。QVariant::userType这样做（在Qt 5中已经这样做），但是从其名称来看，它显然也不适用于内置类型。

最后，我们向QVariant添加了一些新功能：

• QVariant::compare(const Variant &lhs, const QVariant &rhs)可用于比较两个变体。它返回一个std::optional。如果值不可比（因为类型不同，或者因为类型本身不具有可比性），std::nullopt则返回。否则，返回包含int的可选。如果所包含的值in中的值lhs小于，则为负数rhs；如果相等，则为0；否则为正数。
• 现在可以从QMetaType构造一个空的QVariant（而不是传入QMetaType :: Type，然后将其用于构造QMetaType）。由于类似的原因，可以将QMetaType传递给该convert函数。
• 由于QMetaType在Qt 6中存储对齐信息，因此QVariant现在支持存储超对齐类型。

结论与展望

Qt元类型系统的内部是Qt的一部分，大多数用户很少与之交互。但是，它是框架的核心，用于实现更多以用户为中心的部分，例如QML，QVariant，QtDbus，Qt Remote Objects和ActiveQt。借助Qt 6中的更新，我们希望它在下一个十年中能够像上一个一样为我们服务。

说到下一个十年，您可能想知道元类型系统的未来将如何发展。除了我们已经提到的使用它来增强QML引擎的计划之外，我们还打算改善信号/插槽连接逻辑。这些更改都不应该以任何方式影响您的代码，而只是在几个地方提高性能和内存使用率。在更远的将来，我们当然也将监视C ++的发展，尤其是在静态反射和元类方面。尽管我们预计moc不会很快消失，但我们确实考虑在它们广泛可用后，将其某些功能替换为C ++功能。

提前预告一下，我们在Qt 6.0中又增加了一项新功能：QMetaContainer。在下一篇博文中我们将会告诉你它是什么有什么作用。