GObject對象系統

前言

大多數現代的計算機語言都帶有本身的類型和對象系統，並附帶算法結構。正象GLib提供的基本類型和算法結構（如鏈表、哈希表等）同樣，GObject的對象系統提供了一種靈活的、可擴展的、並容易映射（到其它語言）的面向對象的C語言框架。它的實質能夠歸納爲：

• 一個通用類型系統，用來註冊任意的、輕便的、單根繼承的、並能推導出任意深度的結構類型的界面，它照顧組合對象的定製、初始化和內存管理，類結構，保持對象的父子關係，處理這些類型的動態實現。也就是說，這些類型的實現是在運行時重置和卸載的；
• 一個基本類型的實現集，如整型，枚舉型和結構型等；
• 一個基本對象體系之上的基本對象類型的實現的例子--GObject基本類型；
• 一個信號系統，容許用戶很是靈活的自定義虛的或重載對象的方法，而且能充當很是有效力的通知機制；
• 一個可擴展的參數/變量體系，支持全部的能被用做處理對象屬性或其它參數化類型的基本的類型。

類型（GType）與對象（GObject）

GLib中最有特點的是它的對象系統--GObject System，它是以Gtype爲基礎而實現的一套單根繼承的C語言的面向對象的框架。

GType 是GLib 運行時類型認證和管理系統。GType API 是GObject的基礎系統，因此理解GType是理解GObject的關鍵。Gtype提供了註冊和管理全部基本數據類型、用戶定義對象和界面類型的技術實現。（注意：在運用任一GType和GObject函數以前必需運行g_type_init()函數來初始化類型系統。）

爲實現類型定製和註冊這一目的，全部類型必需是靜態的或動態的這兩者之一。靜態的類型永遠不能在運行時加載或卸載，而動態的類型則能夠。靜態類型由g_type_register_static()建立，經過GTypeInfo結構來取得類型的特殊信息。動態類型則由g_type_register_dynamic()建立，用GTypePlugin結構來取代GTypeInfo，而且還包括g_type_plugin_*()系列API。這些註冊函數一般只運行一次，目的是取得它們返回的專有類的類型標識。

還能夠用g_type_register_fundamental來註冊基礎類型，它同時須要GTypeInfo和GTypeFundamentalInfo兩個結構，事實上大多數狀況下這是沒必要要的，由於系統預先定義的基礎類型是優於用戶自定義的。

（本文重點介紹建立和使用靜態的類型。）

對象的定義

在GObject系統中，對象由三個部分組成：

1. 對象的ID標識（惟一，無符號長整型，全部此類對象共同的標識）；
2. 對象的類結構（惟一，結構型，由對象的全部實例共同擁有）；
3. 對象的實例（多個，結構型，對象的具體實現）。

基於GObject的對象究竟是什麼樣的呢？下面是基於GObject的簡單對象 -- Boy的定義代碼：

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/* boy.h */ #ifndef __BOY_H__ #define __BOY_H__ #include <glib-object.h> #define BOY_TYPE (boy_get_type()) #define BOY(obj) (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST((obj),BOY_TYPE,Boy)) typedef struct _Boy Boy; typedef struct _BoyClass BoyClass; struct _Boy { GObject parent; // gint age; gchar *name; void (*cry)(void); }; struct _BoyClass { GObjectClass parent_class; // void (*boy_born)(void); }; GType   boy_get_type(void); Boy*  boy_new(void); int boy_get_age(Boy *boy); void    boy_set_age(Boy *boy, int age); char* boy_get_name(Boy *boy); void    boy_set_name(Boy *boy, char *name); Boy*  boy_new_with_name(gchar *name); Boy*  boy_new_with_age(gint age); Boy*  boy_new_with_name_and_age(gchar *name, gint age); void  boy_info(Boy *boy); #endif /* __BOY_H__*/

這是一段典型的C語言頭文件定義，包括編譯預處理，宏定義，數據結構定義和函數聲明；首先要看的是兩個數據結構對象Boy和BoyClass，

結構類型_Boy是Boy對象的實例，就是說咱們每建立一個Boy對象，也就同時建立了一個Boy結構。Boy對象中的parent表示此對象的父類，GObject系統中全部對象的共同的根都是GObject類，因此這是必須的；其它的成員能夠是公共的，這裏包括表示年齡的age，表示名字的name和表示方法的函數指針cry，外部代碼能夠操做或引用它們。

結構類型_BoyClass是Boy對象的類結構，它是全部Boy對象實例所共有的。BoyClass中的parent_class是GObjectClass，同GObject是全部對象的共有的根同樣，GObejctClass是全部對象的類結構的根。在BoyClass中咱們還定義了一個函數指針boy_born，也就是說這一函數指針也是全部Boy對象實例共有的，全部的Boy實例均可以調用它；一樣，若是須要的話，你也能夠在類結構中定義其它數據成員。

其他的函數定義包括三種，一種是取得Boy對象的類型ID的函數boy_get_type，這是必須有的；另外一種是建立Boy對象實例的函數boy_new和boy_new_with_*，這是很是清晰明瞭的建立對象的方式，固然你也能夠用g_object_new函數來建立對象；第三種是設定或取得Boy對象屬性成員的值的函數boy_get_*和boy_set_*。正常狀況下這三種函數都是一個對象所必需的，另一個函數boy_info用來顯示此對象的當前狀態。

宏在GObject系統中用得至關普遍，也至關重要，這裏咱們定義了兩個很是關鍵的宏，BOY_TYPE宏封裝了boy_get_type函數，能夠直接取得並替代Boy對象的ID標識；BOY(obj)宏是G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST宏的再一次封裝，目的是將一個Gobject對象強制轉換爲Boy對象，這在對象的繼承中十分關鍵，也常常用到。

對象的實現

下面的代碼實現了上面的Boy對象的定義：

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/* boy.c */ #include "boy.h" enum { BOY_BORN, LAST_SIGNAL }; static gint boy_signals[LAST_SIGNAL] = { 0 }; static void boy_cry (void); static void boy_born(void); static void boy_init(Boy *boy); static void boy_class_init(BoyClass *boyclass); GType boy_get_type(void) {     static GType boy_type = 0;     if(!boy_type)     {         static const GTypeInfo boy_info = {             sizeof(BoyClass),             NULL,NULL,             (GClassInitFunc)boy_class_init,             NULL,NULL,             sizeof(Boy),             0,             (GInstanceInitFunc)boy_init         };         boy_type = g_type_register_static(G_TYPE_OBJECT,"Boy",&boy_info,0);     }     return boy_type; } static void boy_init(Boy *boy) {     boy->age = 0;     boy->name = "none";     boy->cry = boy_cry; } static void boy_class_init(BoyClass *boyclass) {     boyclass->boy_born = boy_born;     boy_signals[BOY_BORN] = g_signal_new("boy_born",                 BOY_TYPE,                 G_SIGNAL_RUN_FIRST,                 G_STRUCT_OFFSET(BoyClass,boy_born),                 NULL,NULL,                 g_cclosure_marshal_VOID__VOID,                 G_TYPE_NONE, 0, NULL); } Boy *boy_new(void) {     Boy *boy;     boy = g_object_new(BOY_TYPE, NULL);     g_signal_emit(boy,boy_signals[BOY_BORN],0);     return boy; } int boy_get_age(Boy *boy) {     return boy->age; } void boy_set_age(Boy *boy, int age) {     boy->age = age; } char *boy_get_name(Boy *boy) {     return boy->name; } void boy_set_name(Boy *boy, char *name) {     boy->name = name; } Boy*  boy_new_with_name(gchar *name) {     Boy* boy;     boy = boy_new();     boy_set_name(boy, name);     return boy; } Boy*  boy_new_with_age(gint age) {     Boy* boy;     boy = boy_new();     boy_set_age(boy, age);     return boy; } Boy *boy_new_with_name_and_age(gchar *name, gint age) {     Boy *boy;     boy = boy_new();     boy_set_name(boy,name);     boy_set_age(boy,age);     return boy; } static void boy_cry (void) {     g_print("The Boy is crying ......\n"); } static void boy_born(void) {     g_print("Message : A boy was born .\n"); } void  boy_info(Boy *boy) {     g_print("The Boy name is %s\n", boy->name);     g_print("The Boy age is %d\n", boy->age); }

在這段代碼中，出現了實現Boy對象的關鍵函數，這是在Boy對象的定義中未出現的，也是不必出現的。就是兩個初始化函數，boy_init和boy_class_init，它們分別用來初始化實例結構和類結構。它們並不被在代碼中明顯調用，關鍵是將其用宏轉換爲地址指針，而後賦值到GTypeInfo結構中，而後由GType系統自行處理，同時將它們定義爲靜態的也是很是必要的。

GTypeInfo結構中定義了對象的類型信息，包括如下內容：

1. 包括類結構的長度（必需，即咱們定義的BoyClass結構的長度）；
2. 基礎初始化函數（base initialization function，可選）；
3. 基礎結束化函數（base finalization function，可選）； 

   （以上兩個函數能夠對對象使用的內存來作分配和釋放操做，使用時要用GBaseInitFunc和GBaseFinalizeFunc來轉換爲指針，本例中均未用到，故設爲NULL。）

4. 類初始化函數（即咱們這裏的boy_class_init函數，用GclassInit宏來轉換，可選，僅用於類和實例類型）；
5. 類結束函數（可選）；
6. 實例初始化函數（可選，即咱們這裏的boy_init函數）；
7. 最後一個成員是GType變量表（可選）。

定義好GTypeInfo結構後就能夠用g_type_register_static函數來註冊對象的類型了。

g_type_register_static函數用來註冊對象的類型，它的第一個參數是表示此對象的父類的對象類型，咱們這裏是G_TYPE_OBJECT，這個宏用來表示GObject的父類；第二個參數表示此對象的名稱，這裏爲"Boy"；第三個參數是此對象的GTypeInfo結構型指針，這裏賦值爲&boyinfo；第四個參數是對象註冊成功後返回此對象的整型ID標識。

g_object_new函數，用來建立一個基於G_OBJECT的對象，它能夠有多個參數，第一個參數是上面說到的已註冊的對象標識ID；第二個參數表示後面參數的數量，若是爲0，則沒有第三個參數；第三個參數開始類型都是GParameter類型，它也是一個結構型，定義爲：

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struct GParameter{         const gchar* name;         GValue value;     };

關於GValue，它是變量類型的統必定義，它是基礎的變量容器結構，用於封裝變量的值和變量的類型，能夠GOBJECT文檔的GVALUE部分。

信號的定義和應用

在GObject系統中，信號是一種定製對象行爲的手段，同時也是一種多種用途的通知機制。初學者多是在GTK+中首先接觸到信號這一律唸的，事實上在普通的字符界面編程中也能夠正常應用，這多是不少初學者不曾想到的。

一個對象能夠沒有信號，也能夠有多個信號。當有一或多個信號時，信號的名稱定義是必不可少的，此時C語言的枚舉類型的功能就凸顯出來了，用LAST_SIGNAL來表示最後一個信號（不用實現的信號）是一種很是良好的編程風格。這裏爲Boy對象定義了一個信號BOY_BORN，在對象建立時發出，表示Boy對象誕生。

同時還須要定義靜態的整型指針數組來保存信號的標識，以便於下一步處理信號時使用。

對象的類結構是全部對象的實例所共有的，咱們將信號也定義在對象的類結構中，如此信號一樣也是全部對象的實例所共有的，任意一個對象的實例均可以處理信號。所以咱們有必要在在類初始化函數中建立信號（這也多是GObject設計者的初衷）。函數g_signal_new用來建立一個新的信號，它的詳細使用方法能夠在GObject的API文檔中找到。信號建立成功後，返回一個信號的標識ID，如此就能夠用發射信號函數g_signal_emit向指定義對象的實例發射信號，從而執行相應的功能。

本例中每建立一個新的Boy對象，就會發射一次BOY_BORN信號，也就會執行一次咱們定義的boy_born函數，也就輸出一行"Message : A boy was born ."信息。

對象的屬性和方法

對象實例全部的屬性和方法通常都定義在對象的實例結構中，屬性定義爲變量或變量指針，而方法則定義爲函數指針，如此，咱們必定要定義函數爲static類型，當爲函數指針賦值時，纔能有效。

對象的繼承

如下爲繼承自Boy對象的Man對象的實現，Man對象在Boy對象的基礎上又增長了一個屬性job和一個方法bye。

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#ifndef __MAN_H__ #define __MAN_H__ #include "boy.h" #define MAN_TYPE  (man_get_type()) #define MAN(obj) (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST((obj),MAN_TYPE,Man)) typedef struct _Man Man; typedef struct _ManClass ManClass; struct _Man {     Boy parent;     char *job;     void (*bye)(void); }; struct _ManClass {     BoyClass parent_class; }; GType man_get_type(void); Man*  man_new(void); gchar* man_get_gob(Man *man); void  man_set_job(Man *man, gchar *job); Man*  man_new_with_name_age_and_job(gchar *name, gint age, gchar *job); void man_info(Man *man); #endif //__MAN_H__ /* man.c */ #include "man.h" static void man_bye(void); static void man_init(Man *man); static void man_class_init(Man *man); GType man_get_type(void) {     static GType man_type = 0;     if(!man_type)     {         static const GTypeInfo man_info = {             sizeof(ManClass),             NULL, NULL,             (GClassInitFunc)man_class_init,             NULL, NULL,             sizeof(Man),             0,             (GInstanceInitFunc)man_init         };         man_type = g_type_register_static(BOY_TYPE, "Man", &man_info, 0);     }     return man_type; } static void man_init(Man *man) {     man->job = "none";     man->bye = man_bye; } static void man_class_init(Man *man) { } Man*  man_new(void) {     Man *man;     man = g_object_new(MAN_TYPE, 0);     return man; } gchar* man_get_gob(Man *man) {     return man->job; } void  man_set_job(Man *man, gchar *job) {     man->job = job; } Man*  man_new_with_name_age_and_job(gchar *name, gint age, gchar *job) {     Man *man;     man = man_new();     boy_set_name(BOY(man), name);     boy_set_age(BOY(man), age);     man_set_job(man, job);     return man; } static void man_bye(void) {     g_print("Goodbye everyone !\n"); } void man_info(Man *man) {     g_print("the man name is %s\n", BOY(man)->name);     g_print("the man age is %d\n", BOY(man)->age);     g_print("the man job is %s\n", man->job); }

關鍵在於定義對象時將父對象實例定義爲Boy，父類設定爲BoyClass，在註冊此對象時將其父對象類型設爲BOY_TYPE，在設定對象屬性時如用到父對象的屬性要強制轉換下，如取得對象的name屬性，就必須用BOY(obj)->name，由於Man自己沒有name屬性，而其父對象Boy有，因此用BOY宏將其強制爲Boy類型的對象。

測試咱們定義的對象

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#include <glib.h> #include "boy.h" #include "man.h" int main(int argc, char *argv[]) {     Boy *tom, *peter;     Man *green, *brown;     g_type_init();//注意，初始化類型系統，必需     tom = boy_new_with_name("Tom");     tom->cry();     boy_info(tom);     peter = boy_new_with_name_and_age("Peter", 10);     peter->cry();     boy_info(peter);     green = man_new();     boy_set_name(BOY(green), "Green"); //設定Man對象的name屬性用到其父對象Boy的方法     boy_set_age(BOY(green), 28);     man_set_job(green, "Doctor");     green->bye();     man_info(green);     brown = man_new_with_name_age_and_job("Brown", 30, "Teacher");     brown->bye();     man_info(brown); } Makefile文件以下： CC = gcc all:     $(CC) -c boy.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`     $(CC) -c man.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`     $(CC) -c main.c `pkg-config --cflags glib-2.0 gobject-2.0`     $(CC) -o simple boy.o man.o main.o `pkg-config --libs glib-2.0 gobject-2.0` 執行make命令編譯，編譯結束後，執行./simple運行此測試程序，輸出結果以下： Message : A boy was born . The Boy is crying ...... The Boy name is Tom The Boy age is 0 Message : A boy was born . The Boy is crying ...... The Boy name is Peter The Boy age is 10 Goodbye everyone ! the man name is Green the man age is 28 the man job is Doctor Goodbye everyone ! the man name is Brown the man age is 30 the man job is Teacher

Makefile中用到`pkg-config -cflags -libs gobject-2.0`，在GLIB中將線程（gthread），插件（gmoudle）和對象系統（gobject）這三個子系統區別對待，編譯時要注意加入相應的參數。

本文只是概要的介紹瞭如何定義和實現GObject對象，GObject系統中還有不少相關內容，如：枚舉和標識類型（Enumeration and flags types）；Gboxed，是Gtype系統中註冊一種封裝爲不透明的C語言結構類型的機制；許多對象用到的參數對象都是C結構類型，使用者沒必要了解其結構的內部定義，即不透明，GBoxed便是實現這一功能的機制；標準的參數和變量類型的定義（Standard Parameter and Value Types）等，它們都以C語言來開發，是深刻了解和掌握GObject的關鍵。

透過以上代碼實現，咱們還能夠看出，以GLIB爲基礎的GTK+/GNOME開發環境所具備的獨特的編程風格和獨到的開發思想。這一點在長期的編程實踐中會體驗得更深入。

有了GObject系統這一基礎，GTK+經過它將X窗口環境中的控件（Widget）巧妙的封裝起來，這使開發LINUX平臺上的GUI應用程序更方便，更快捷。

以上代碼在Redhat 8.0 Linux平臺，GLIB2.2.1環境下編譯經過。

感謝

本文的寫做參考了中國LINUX論壇的網友hoyt的文章，能夠在gtkvb.cffd.org.cn找到，在此表示感謝。

相關主題

• 本文的全部代碼能夠在這裏 下載。
• Thomas Hunger寫的文章： Gobject tutorial
• 中國 linux 論壇的網友 hoyt 的網頁 http://gtkvb.cosoft.org.cn/上的文章
• 與本文相關的另外一篇文章 《淺析GLib》