1、QML与C++为什么要混合编程

QML与C++为什么要混合编程，简单来说，就是使用QML高效便捷地构建UI，而C++则用来实现业务逻辑和复杂算法，下面介绍了两者间交互的方法与技巧。

2、QML访问C++概述

Qt集成了QML引擎和Qt元对象系统，使得QML很容易从C++中得到扩展，在一定的条件下，QML就可以访问QObject派生类的成员，例如信号、槽函数、枚举类型、属性、成员函数等。

QML访问C++有两个方法：一是在Qt元对象系统中注册C++类，在QML中实例化、访问。二是在C++中实例化并设置为QML上下文属性，在QML中直接使用。与后者相比，前者可以使C++类在QML中作为一个数据类型，例如函数参数类型或属性类型，也可以使用其枚举类型、单例等，功能更强大。

3、如何实现可以被QML访问的C++类

C++类要想被QML访问，首先必须满足两个条件：一是派生自QObject类或QObject类的子类，二是使用Q_OBJECT宏。QObject类是所有Qt对象的基类，作为Qt对象模型的核心，提供了信号与槽机制等很多重要特性。Q_OBJECT宏必须在private区（C++默认为private）声明，用来声明信号与槽，使用Qt元对象系统提供的内容，位置一般在语句块首行。下面例子在QtCreator3.1.2中创建，Projects选择QtQuickApplication，工程名为Gemini，Component选择QtQuick2.2，然后在自动生成的文件中添砖加瓦。

信号与槽——

（1）添加头文件Gemini.h

#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
    Q_OBJECT
signals:
    void begin();
public slots:
    void doSomething() {
        qDebug() << "Gemini::doSomething() called";
    }
};
#endif // GEMINI_H

Gemini类中的信号begin()和槽doSomething()都可以被QML访问。槽必须声明为public或protected，信号在C++中使用时要用到emit关键字，但在QML中就是个普通的函数，用法同函数一样，信号处理器形式为on<Signal>，Signal首字母大写。信号不支持重载，多个信号的名字相同而参数不同时，能够被识别的只是最后一个信号，与信号的参数无关。

（2）修改main.cpp

// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);
    qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
    QQmlApplicationEngine engine;
    engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
    return app.exec();
}

这里把Gemini类注册（qmlRegisterType）到了Qt元对象系统，当然也可以先实例化再设置为QML上下文属性，相关内容将在后面详细介绍。

（3）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething()
    }
}

Gemini类注册到Qt元对象系统后，并且在QML文件中导入（import），关键字Gemini就可以在当前QML文件中当作一种QML类型来用了。例子中有个MouseArea，单击鼠标时会发送begin()信号，进而调用doSomething()槽函数。

枚举类型——

（1）修改头文件Gemini.h

#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_ENUMS(BALL_COLOR)
public:
    Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW) {
        qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
    }
    enum BALL_COLOR {
        BALL_COLOR_YELLOW,
        BALL_COLOR_RED,
        BALL_COLOR_BLUE,
        BALL_COLOR_ALL
    };
signals:
    void begin();
public slots:
    void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
        qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
        if(ballColor != m_ballColor) {
            m_ballColor = ballColor;
            qDebug() << "ball color changed";
        }
    }
private:
    BALL_COLOR m_ballColor;
};
#endif // GEMINI_H

Gemini类中添加了public的BALL_COLOR枚举类型，这个枚举类型要想在QML中使用，就用到了Q_ENUMS()宏。

（2）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
    }
}

在QML中使用枚举类型的方式是<CLASS_NAME>.<ENUM_VALUE>，例如Gemini.BALL_COLOR_RED。

成员函数——

（1）修改头文件Gemini.h

#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_ENUMS(BALL_COLOR)
public:
    Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW) {
        qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
    }
    enum BALL_COLOR {
        BALL_COLOR_YELLOW,
        BALL_COLOR_RED,
        BALL_COLOR_BLUE,
        BALL_COLOR_ALL
    };
    Q_INVOKABLE void stop() {
        qDebug() << "Gemini::stop() called";
    }
signals:
    void begin();
public slots:
    void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
        qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
        if(ballColor != m_ballColor) {
            m_ballColor = ballColor;
            qDebug() << "ball color changed";
        }
    }
private:
    BALL_COLOR m_ballColor;
};
#endif // GEMINI_H

Gemini类中添加了成员函数stop()，在QML中访问的前提是public或protected成员函数，且使用Q_INVOKABLE宏，位置在函数返回类型的前面。

（2）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
            gemini.stop()
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
    }
}

在QML中访问C++的成员函数的形式是<id>.<method>，例如gemini.stop()。支持函数重载，这个与信号不同。

C++类的属性——

（1）修改头文件Gemini.h

#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_ENUMS(BALL_COLOR)
    Q_PROPERTY(unsigned int ballNumber READ ballNumber WRITE setBallNumber NOTIFY<span style="font-family:WenQuanYi Micro Hei;"> </span>ballNumberChanged)
public:
    Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW), m_ballNumber(0) {
        qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
    }
    enum BALL_COLOR {
        BALL_COLOR_YELLOW,
        BALL_COLOR_RED,
        BALL_COLOR_BLUE,
        BALL_COLOR_ALL
    };
    unsigned int ballNumber() const {
        return m_ballNumber;
    }
    void setBallNumber(const unsigned int &ballNumber) {
        if(ballNumber != m_ballNumber) {
            m_ballNumber = ballNumber;
            emit ballNumberChanged();
        }
    }
    Q_INVOKABLE void stop() {
        qDebug() << "Gemini::stop() called";
    }
signals:
    void begin();
    void ballNumberChanged();
public slots:
    void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
        qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
        if(ballColor != m_ballColor) {
            m_ballColor = ballColor;
            qDebug() << "ball color changed";
        }
    }
private:
    BALL_COLOR m_ballColor;
    unsigned int m_ballNumber;
};
#endif // GEMINI_H

Gemini类中添加了Q_PROPERTY()宏，用来在QObject派生类中声明属性，这个属性如同类的数据成员一样，但它又有一些额外的特性可通过Qt元对象系统来访问。

下面是Q_PROPERTY()宏的原型：

        Q_PROPERTY()(type name
           		       (READ getFunction [WRITE setFunction] |
                                  MEMBER memberName [(READ getFunction | WRITE setFunction)])
                                  [RESET resetFunction]
                                  [NOTIFY notifySignal]
                                  [REVISION int]
                                  [DESIGNABLE bool]
                                  [SCRIPTABLE bool]
                                  [STORED bool]
                                  [USER bool]
                                  [CONSTANT]
                                  [FINAL])

属性的type、name是必需的，其它是可选项，常用的有READ、WRITE、NOTIFY。属性的type可以是QVariant支持的任何类型，也可以是自定义类型，包括自定义类、列表类型、组属性等。另外，属性的READ、WRITE、RESET是可以被继承的，也可以是虚函数，这些特性并不常用。

READ：读取属性值，如果没有设置MEMBER的话，它是必需的。一般情况下，函数是个const函数，返回值类型必须是属性本身的类型或这个类型的const引用，没有参数。

WRITE：设置属性值，可选项。函数必须返回void，有且仅有一个参数，参数类型必须是属性本身的类型或这个类型的指针或引用。

NOTIFY：与属性关联的可选信号。这个信号必须在类中声明过，当属性值改变时，就可触发这个信号，可以没有参数，有参数的话只能是一个类型同属性本身类型的参数，用来记录属性改变后的值。

Q_PROPERTY()的详细用法可参考如下网址：

http://doc.qt.io/qt-5/properties.html#qt-s-property-system

（2）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
            gemini.stop()
            gemini.ballNumber = 10
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
        onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
        Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
    }
}

Gemini类中的ballNumber属性可以在QML中访问、修改，访问时调用了ballNumber()函数，修改时调用了setBallNumber()函数，同时还发送了一个信号来自动更新这个属性值。

4、注册C++类为QML类型

QObject派生类可以注册到Qt元对象系统，使得该类在QML中同其它内建类型一样，可以作为一个数据类型来使用。QML引擎允许注册可实例化的类型，也可以是不可实例化的类型，常见的注册函数有：

        qmlRegisterInterface()
        qmlRegisterRevision()
        qmlRegisterSingletonType()
        qmlRegisterType()
        qmlRegisterTypeNotAvailable()
        qmlRegisterUncreatableType()

这些注册函数各有其用，可根据实际需要选择，使用时需要包含<QtQml>。常用的为qmlRegisterType()，它有三个重载函数，这里只介绍其一：

        template<typename T>
        int qmlRegisterType(const char *uri,
			   int versionMajor,
			   int versionMinor, 
		           const char *qmlName);

这个模板函数注册C++类到Qt元对象系统中，uri是需要导入到QML中的库名，versionMajor和versionMinor是其版本数字，qmlName是在QML中可以使用的类型名。例如上面例子main.cpp中的代码：

    qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");

main.cpp中将Gemini类注册为在QML中可以使用的Gemini类型，主版本为1，次版本为0，库的名字是Union.Lotto.Gemini。main.qml中导入了这个库，使用Gemini构造了一个对象，id为gemini，这样就可以借助id来访问C++了。

注册动作必须在QML上下文创建之前，否则无效。

另外：QQuickView为QtQuickUI提供了一个窗口，可以方便地加载QML文件并显示其界面。QApplication派生自QGuiApplication，而QGuiApplication又派生自QCoreApplication，这三个类是常见的管理Qt应用程序的类。QQmlApplicationEngine可以方便地从一个单一的QML文件中加载应用程序，它派生自QQmlEngine，QQmlEngine则提供了加载QML组件的环境，可以与QQmlComponent、QQmlContext等一起使用。

5、QML上下文属性设置

在C++应用程序加载QML对象时，我们可以直接嵌入一些C++数据来给QML使用，这里需要用到QQmlContext::setContextProperty()，即设置QML上下问属性，它可以是一个简单的类型，也可以是任何我们自定义的类对象。

（1）修改main.cpp

// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQuickView>
#include <QQmlContext>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);
    QQuickView view;
    Gemini gemini;
    view.rootContext()->setContextProperty("gemini", &gemini);
    view.setSource(QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
    view.show();
    return app.exec();
}

彻底修改一下main.cpp吧，这里使用了QQuickView，注意头文件的变化，Gemini类先实例化为gemini对象，然后注册为QML上下文属性。

（2）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
Item {
    width: 360; height: 360
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
            gemini.stop()
        }
    }
    Connections {
        target: gemini
        onBegin:console.log("aaaa")
    }
}

既然main.cpp修改了那么多东西，main.qml也要做相应的修改，在main.qml中不能使用Gemini类型来实例化了，也不能调用doSomething()槽函数了，因为doSomething()函数中的枚举类型在QML中是访问不到的，正确的用法是通过QML上下文属性“gemini”来访问C++，可以访问信号begin()和成员函数stop()，此时的信号处理器就需要用Connections来处理了，如上面例子中所示。

6、C++访问QML

同样，在C++中也可以访问QML中的属性、函数和信号。

在C++中加载QML文件可以用QQmlComponent或QQuickView，然后就可以在C++中访问QML对象了。QQuickView提供了一个显示用户界面的窗口，而QQmlComponent没有。

QQuickView::rootObject()返回了组件实例，是一个有用的函数。前面的例子中已经使用过QQuickView了，下面的例子介绍QQmlComponent的用法。

使用QQmlComponent——

修改main.cpp

// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);
    qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
    QQmlEngine engine;
    // set qml context property
    // Gemini aGemini;
    // engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
    QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
    component.create();
    return app.exec();
}

例子中注释的部分是设置QML上下文属性的方法。

在C++中访问QML中的属性——

在C++中加载了QML文件并进行组件实例化后，就可以在C++中访问、修改这个实例的属性值了，可以是QML内建属性，也可以是自定义属性。

（1）修改main.qml

// main.qml
import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    Rectangle {
        objectName: "rect"
        anchors.fill: parent
        color: "yellow"
    }
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
            gemini.stop()
            gemini.ballNumber = 10
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
        onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
        Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
    }
}

在main.qml中添加了一个Rectangle，设置objectName属性值为“rect”，这个值是为了在C++中能够找到这个Rectangle。

（2）修改main.cpp

// main.cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);
    qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
    QQmlEngine engine;
    // set qml context property
    // Gemini aGemini;
    // engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
    QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
    QObject *object = component.create();
    qDebug() << "width value is" << object->property("width").toInt();
    object->setProperty("width", 500);
    qDebug() << "height value is" << QQmlProperty::read(object, "height").toInt();
    QQmlProperty::write(object, "height", 500);
    QObject *rect = object->findChild<QObject*>("rect");
    if(rect) {
        rect->setProperty("color", "black");
    }
    return app.exec();
}

首先，使用了QObject::property()/setProperty()来读取、修改width属性值。

接着，使用了QQmlProperty::read()/write()来读取、修改height属性值。

另外，如果某个对象的类型是QQuickItem，例如QQuickView::rootObject()的返回值，这时就可以使用QQuickItem::width/setWidth()来访问、修改width属性值了。

有时候，QML组件是一个复杂的树型结构，包含兄弟组件和孩子组件，我们可以使用QObject::findchild()/findchildren()来查找，如上面例子所示。

在C++中访问QML中的函数与信号——

在C++中，使用QMetaObject::invokeMethod()可以调用QML中的函数，从QML传递过来的函数参数和返回值会被转换为C++中的QVariant类型，成功返回true，参数不正确或被调用函数名错误返回false，invokeMethod()共有四个重载函数，用法相似。必须使用Q_ARG()宏来声明函数参数，用Q_RETURN_ARG()宏来声明函数返回值，其原型如下：

        QGenericArgument      <span style="font-family:WenQuanYi Micro Hei;">            </span>Q_ARG(Type, const Type & value)
        QGenericReturnArgument     Q_RETURN_ARG(Type, Type & value)

使用QObject::connect()可以连接QML中的信号，connect()共有四个重载函数，它们都是静态函数。必须使用SIGNAL()宏来声明信号，SLOT()宏声明槽函数。

使用QObject::disconnect()可以解除信号与槽函数的连接。

（1）修改main.qml

import QtQuick 2.2
import QtQuick.Window 2.1
import Union.Lotto.Gemini 1.0
Window {
    visible: true
    width: 360; height: 360
    title: "Union Lotto Game"
    color: "white"
    signal qmlSignal(string message)
    onQmlSignal: console.log("qml signal message is", message) // this is a qml signal
    function qmlFunction(parameter) {
        console.log("qml function parameter is", parameter) // Hello from C++
        return "function from qml"
    }
    Rectangle {
        objectName: "rect"
        anchors.fill: parent
        color: "yellow"
    }
    MouseArea {
        anchors.fill: parent
        onClicked: {
            gemini.begin()
            gemini.stop()
            gemini.ballNumber = 10
            qmlSignal("this is a qml signal")
        }
    }
    Gemini {
        id: gemini
        onBegin: doSomething(Gemini.BALL_COLOR_RED)
        onBallNumberChanged: console.log("new ball number is", ballNumber) // 10
        Component.onCompleted: console.log("default ball number is", ballNumber) // 0
    }
}

main.qml中添加了qmlSignal()信号和qmlFunction()函数，信号在QML中发送，函数在C++中调用。

（2）修改Gemini.h

#ifndef GEMINI_H
#define GEMINI_H
// Gemini.h
#include <QObject>
#include <QDebug>
class Gemini : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_ENUMS(BALL_COLOR)
    Q_PROPERTY(unsigned int ballNumber READ ballNumber WRITE setBallNumber NOTIFY ballNumberChanged)
public:
    Gemini() : m_ballColor(BALL_COLOR_YELLOW), m_ballNumber(0) {
        qDebug() << "Gemini::Gemini() called";
    }
    enum BALL_COLOR {
        BALL_COLOR_YELLOW,
        BALL_COLOR_RED,
        BALL_COLOR_BLUE,
        BALL_COLOR_ALL
    };
    unsigned int ballNumber() const {
        return m_ballNumber;
    }
    void setBallNumber(const unsigned int &ballNumber) {
        if(ballNumber != m_ballNumber) {
            m_ballNumber = ballNumber;
            emit ballNumberChanged();
        }
    }
    Q_INVOKABLE void stop() {
        qDebug() << "Gemini::stop() called";
    }
signals:
    void begin();
    void ballNumberChanged();
public slots:
    void doSomething(BALL_COLOR ballColor) {
        qDebug() << "Gemini::doSomething() called with" << ballColor;
        if(ballColor != m_ballColor) {
            m_ballColor = ballColor;
            qDebug() << "ball color changed";
        }
    }
    void cppSlot(const QString &message) {
        qDebug() << "Called the C++ slot with message:" << message; // this is a qml signal
    }
private:
    BALL_COLOR m_ballColor;
    unsigned int m_ballNumber;
};
#endif // GEMINI_H

Gemini类中添加了cppSlot()槽函数，将要在main.cpp中与QML的信号connect。

（3）修改main.cpp

#include <QGuiApplication>
#include <QtQml>
#include <Gemini.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    QGuiApplication app(argc, argv);
    qmlRegisterType<Gemini>("Union.Lotto.Gemini", 1, 0, "Gemini");
    QQmlEngine engine;
    // set qml context property
    // Gemini aGemini;
    // engine.rootContext()->setContextProperty("aGemini", &aGemini);
    QQmlComponent component(&engine, QUrl(QStringLiteral("qrc:///main.qml")));
    QObject *object = component.create();
    qDebug() << "width value is" << object->property("width").toInt();
    object->setProperty("width", 500);
    qDebug() << "height value is" << QQmlProperty::read(object, "height").toInt();
    QQmlProperty::write(object, "height", 500);
    QObject *rect = object->findChild<QObject*>("rect");
    if(rect) {
        rect->setProperty("color", "black");
    }
    QVariant returnedValue;
    QVariant message = "Hello from C++";
    QMetaObject::invokeMethod(object, "qmlFunction",
                              Q_RETURN_ARG(QVariant, returnedValue),
                              Q_ARG(QVariant, message));
    qDebug() << "returnedValue is" << returnedValue.toString(); // function from qml
    Gemini test;
    QObject::connect(object, SIGNAL(qmlSignal(QString)),
                     &test, SLOT(cppSlot(QString)));
    return app.exec();
}

在main.cpp中添加了QMeta::invokeMethod()和QObject::connect()来分别访问QML中函数和信号。

7、总结

本文主要介绍了QML与C++混合编程常用的方法与技巧，在使用过程中有几点值得注意：

         自定义类一定要派生自QObject类或其子类。

         必须使用Q_OBJECT宏。

         注册自定义类到Qt元对象系统或设置自定义类对象实例为QML上下文属性是必须的。

         两者交互进行数据传递时，要符合QML与C++间数据类型的转换规则。

QML与C++混合编程详解