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GObject对象系统

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前言

大多数现代的计算机语言都带有自己的类型和对象系统,并附带算法结构。正象GLib提供的基本类型和算法结构(如链表、哈希表等)一样,GObject的对象系统提供了一种灵活的、可扩展的、并容易映射(到其它语言)的面向对象的C语言框架。它的实质可以概括为:

  • 一个通用类型系统,用来注册任意的、轻便的、单根继承的、并能推导出任意深度的结构类型的界面,它照顾组合对象的定制、初始化和内存管理,类结构,保持对象的父子关系,处理这些类型的动态实现。也就是说,这些类型的实现是在运行时重置和卸载的;
  • 一个基本类型的实现集,如整型,枚举型和结构型等;
  • 一个基本对象体系之上的基本对象类型的实现的例子--GObject基本类型;
  • 一个信号系统,允许用户非常灵活的自定义虚的或重载对象的方法,并且能充当非常有效力的通知机制;
  • 一个可扩展的参数/变量体系,支持所有的能被用作处理对象属性或其它参数化类型的基本的类型。

类型(GType)与对象(GObject)

GLib中最有特色的是它的对象系统--GObject System,它是以Gtype为基础而实现的一套单根继承的C语言的面向对象的框架。

GType 是GLib 运行时类型认证和管理系统。GType API 是GObject的基础系统,所以理解GType是理解GObject的关键。Gtype提供了注册和管理所有基本数据类型、用户定义对象和界面类型的技术实现。(注意:在运用任一GType和GObject函数之前必需运行g_type_init()函数来初始化类型系统。)

为实现类型定制和注册这一目的,所有类型必需是静态的或动态的这二者之一。静态的类型永远不能在运行时加载或卸载,而动态的类型则可以。静态类型由g_type_register_static()创建,通过GTypeInfo结构来取得类型的特殊信息。动态类型则由g_type_register_dynamic()创建,用GTypePlugin结构来取代GTypeInfo,并且还包括g_type_plugin_*()系列API。这些注册函数通常只运行一次,目的是取得它们返回的专有类的类型标识。

还可以用g_type_register_fundamental来注册基础类型,它同时需要GTypeInfo和GTypeFundamentalInfo两个结构,事实上大多数情况下这是不必要的,因为系统预先定义的基础类型是优于用户自定义的。

(本文重点介绍创建和使用静态的类型。)

对象的定义

在GObject系统中,对象由三个部分组成:

  1. 对象的ID标识(唯一,无符号长整型,所有此类对象共同的标识);
  2. 对象的类结构(唯一,结构型,由对象的所有实例共同拥有);
  3. 对象的实例(多个,结构型,对象的具体实现)。

基于GObject的对象到底是什么样的呢?下面是基于GObject的简单对象 -- Boy的定义代码:

/* 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__*/

这是一段典型的C语言头文件定义,包括编译预处理,宏定义,数据结构定义和函数声明;首先要看的是两个数据结构对象Boy和BoyClass,

结构类型_Boy是Boy对象的实例,就是说我们每创建一个Boy对象,也就同时创建了一个Boy结构。Boy对象中的parent表示此对象的父类,GObject系统中所有对象的共同的根都是GObject类,所以这是必须的;其它的成员可以是公共的,这里包括表示年龄的age,表示名字的name和表示方法的函数指针cry,外部代码可以操作或引用它们。

结构类型_BoyClass是Boy对象的类结构,它是所有Boy对象实例所共有的。BoyClass中的parent_class是GObjectClass,同GObject是所有对象的共有的根一样,GObejctClass是所有对象的类结构的根。在BoyClass中我们还定义了一个函数指针boy_born,也就是说这一函数指针也是所有Boy对象实例共有的,所有的Boy实例都可以调用它;同样,如果需要的话,你也可以在类结构中定义其它数据成员。

其余的函数定义包括三种,一种是取得Boy对象的类型ID的函数boy_get_type,这是必须有的;另一种是创建Boy对象实例的函数boy_new和boy_new_with_*,这是非常清晰明了的创建对象的方式,当然你也可以用g_object_new函数来创建对象;第三种是设定或取得Boy对象属性成员的值的函数boy_get_*和boy_set_*。正常情况下这三种函数都是一个对象所必需的,另外一个函数boy_info用来显示此对象的当前状态。

宏在GObject系统中用得相当广泛,也相当重要,这里我们定义了两个非常关键的宏,BOY_TYPE宏封装了boy_get_type函数,可以直接取得并替代Boy对象的ID标识;BOY(obj)宏是G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST宏的再一次封装,目的是将一个Gobject对象强制转换为Boy对象,这在对象的继承中十分关键,也经常用到。

对象的实现

下面的代码实现了上面的Boy对象的定义:

/* 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);
}

在这段代码中,出现了实现Boy对象的关键函数,这是在Boy对象的定义中未出现的,也是没必要出现的。就是两个初始化函数,boy_init和boy_class_init,它们分别用来初始化实例结构和类结构。它们并不被在代码中明显调用,关键是将其用宏转换为地址指针,然后赋值到GTypeInfo结构中,然后由GType系统自行处理,同时将它们定义为静态的也是非常必要的。

GTypeInfo结构中定义了对象的类型信息,包括以下内容:

  1. 包括类结构的长度(必需,即我们定义的BoyClass结构的长度);
  2. 基础初始化函数(base initialization function,可选);
  3. 基础结束化函数(base finalization function,可选);

    (以上两个函数可以对对象使用的内存来做分配和释放操作,使用时要用GBaseInitFunc和GBaseFinalizeFunc来转换为指针,本例中均未用到,故设为NULL。)

  4. 类初始化函数(即我们这里的boy_class_init函数,用GclassInit宏来转换,可选,仅用于类和实例类型);
  5. 类结束函数(可选);
  6. 实例初始化函数(可选,即我们这里的boy_init函数);
  7. 最后一个成员是GType变量表(可选)。

定义好GTypeInfo结构后就可以用g_type_register_static函数来注册对象的类型了。

g_type_register_static函数用来注册对象的类型,它的第一个参数是表示此对象的父类的对象类型,我们这里是G_TYPE_OBJECT,这个宏用来表示GObject的父类;第二个参数表示此对象的名称,这里为"Boy";第三个参数是此对象的GTypeInfo结构型指针,这里赋值为&boyinfo;第四个参数是对象注册成功后返回此对象的整型ID标识。

g_object_new函数,用来创建一个基于G_OBJECT的对象,它可以有多个参数,第一个参数是上面说到的已注册的对象标识ID;第二个参数表示后面参数的数量,如果为0,则没有第三个参数;第三个参数开始类型都是GParameter类型,它也是一个结构型,定义为:

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

关于GValue,它是变量类型的统一定义,它是基础的变量容器结构,用于封装变量的值和变量的类型,可以GOBJECT文档的GVALUE部分。

信号的定义和应用

在GObject系统中,信号是一种定制对象行为的手段,同时也是一种多种用途的通知机制。初学者可能是在GTK+中首先接触到信号这一概念的,事实上在普通的字符界面编程中也可以正常应用,这可能是很多初学者未曾想到的。

一个对象可以没有信号,也可以有多个信号。当有一或多个信号时,信号的名称定义是必不可少的,此时C语言的枚举类型的功能就凸显出来了,用LAST_SIGNAL来表示最后一个信号(不用实现的信号)是一种非常良好的编程风格。这里为Boy对象定义了一个信号BOY_BORN,在对象创建时发出,表示Boy对象诞生。

同时还需要定义静态的整型指针数组来保存信号的标识,以便于下一步处理信号时使用。

对象的类结构是所有对象的实例所共有的,我们将信号也定义在对象的类结构中,如此信号同样也是所有对象的实例所共有的,任意一个对象的实例都可以处理信号。因此我们有必要在在类初始化函数中创建信号(这也可能是GObject设计者的初衷)。函数g_signal_new用来创建一个新的信号,它的详细使用方法可以在GObject的API文档中找到。信号创建成功后,返回一个信号的标识ID,如此就可以用发射信号函数g_signal_emit向指定义对象的实例发射信号,从而执行相应的功能。

本例中每创建一个新的Boy对象,就会发射一次BOY_BORN信号,也就会执行一次我们定义的boy_born函数,也就输出一行"Message : A boy was born ."信息。

对象的属性和方法

对象实例所有的属性和方法一般都定义在对象的实例结构中,属性定义为变量或变量指针,而方法则定义为函数指针,如此,我们一定要定义函数为static类型,当为函数指针赋值时,才能有效。

对象的继承

以下为继承自Boy对象的Man对象的实现,Man对象在Boy对象的基础上又增加了一个属性job和一个方法bye。

#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);
}

关键在于定义对象时将父对象实例定义为Boy,父类设定为BoyClass,在注册此对象时将其父对象类型设为BOY_TYPE,在设定对象属性时如用到父对象的属性要强制转换下,如取得对象的name属性,就必须用BOY(obj)->name,因为Man本身没有name属性,而其父对象Boy有,所以用BOY宏将其强制为Boy类型的对象。

测试我们定义的对象

#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,初始化类型系统,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");
//设定Man对象的name属性用到其父对象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文件如下:
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`
执行make命令编译,编译结束后,执行./simple运行此测试程序,输出结果如下:
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中将线程(gthread),插件(gmoudle)和对象系统(gobject)这三个子系统区别对待,编译时要注意加入相应的参数。

本文只是概要的介绍了如何定义和实现GObject对象,GObject系统中还有很多相关内容,如:枚举和标识类型(Enumeration and flags types);Gboxed,是Gtype系统中注册一种封装为不透明的C语言结构类型的机制;许多对象用到的参数对象都是C结构类型,使用者不必了解其结构的内部定义,即不透明,GBoxed即是实现这一功能的机制;标准的参数和变量类型的定义(Standard Parameter and Value Types)等,它们都以C语言来开发,是深入了解和掌握GObject的关键。

透过以上代码实现,我们还可以看出,以GLIB为基础的GTK+/GNOME开发环境所具有的独特的编程风格和独到的开发思想。这一点在长期的编程实践中会体验得更深刻。

有了GObject系统这一基础,GTK+通过它将X窗口环境中的控件(Widget)巧妙的封装起来,这使开发LINUX平台上的GUI应用程序更方便,更快捷。

以上代码在Redhat 8.0 Linux平台,GLIB2.2.1环境下编译通过。

感谢

本文的写作参考了中国LINUX论坛的网友hoyt的文章,可以在gtkvb.cffd.org.cn找到,在此表示感谢。


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Zone=Linux
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ArticleTitle=GObject对象系统
publish-date=08102003