面试题：C++ 消息映射如何实现动态绑定

Question

说明在 C++ 消息映射体系下，如何达成动态绑定。例如，在不同的运行时条件下，相同的消息如何被不同的处理函数处理，这里涉及到哪些关键的机制和技术点，以 MFC 或 QT 的消息映射机制为例进行说明。

Answer 1

1. C++ 消息映射体系下达成动态绑定的原理

在 C++ 消息映射体系中，动态绑定是通过在运行时根据对象的实际类型来确定调用哪个函数实现的。这主要依赖于虚函数和指针或引用。当通过指针或引用调用虚函数时，C++ 运行时系统会根据指针或引用所指向的实际对象类型来决定调用哪个虚函数的实现。

2. 以 MFC 消息映射机制为例

• 关键机制：
  • 宏定义：MFC 使用大量宏来定义消息映射。例如，BEGIN_MESSAGE_MAP、ON_COMMAND、END_MESSAGE_MAP 等宏。BEGIN_MESSAGE_MAP 开始一个消息映射表的定义，ON_COMMAND 用于将命令消息映射到对应的处理函数，END_MESSAGE_MAP 结束消息映射表。
  • 消息路由：MFC 有一套消息路由机制。当一个消息到达窗口时，首先在该窗口类的消息映射表中查找对应的处理函数。如果没有找到，会按照一定的规则（如向父窗口、主框架窗口等）继续查找，直到找到合适的处理函数或者消息被忽略。
• 技术点：
  • 虚函数重写：在 MFC 中，窗口类（如 CWnd 及其派生类）的一些虚函数与消息处理相关。例如，OnWndMsg 函数是处理 Windows 消息的关键虚函数。派生类可以重写 OnWndMsg 来实现自定义的消息处理逻辑。在 OnWndMsg 内部，会根据消息类型在消息映射表中查找对应的处理函数。
  • 运行时类型信息（RTTI）：虽然 MFC 消息映射机制不完全依赖 RTTI，但在一些复杂的消息处理场景中，RTTI 有助于在运行时确定对象的实际类型，以确保正确的消息处理。例如，在处理 WM_NOTIFY 消息时，可能需要根据 LPNMHDR 结构中的 code 以及发送消息的控件类型来进行不同的处理，这时 RTTI 可以帮助确定控件的实际类型。

3. 以 QT 消息映射机制（信号与槽机制）为例

• 关键机制：
  • 元对象系统：QT 依赖元对象系统来实现信号与槽机制。元对象编译器（moc）在编译阶段生成额外的代码，用于支持信号与槽的动态绑定。Q_OBJECT 宏在类定义中启用元对象系统功能。
  • 信号与槽的连接：使用 QObject::connect 函数将信号与槽连接起来。连接可以是直接连接（信号发射时立即调用槽函数）、队列连接（信号发射后将事件放入事件队列，在适当的时候调用槽函数）等不同类型。
• 技术点：
  • 动态绑定实现：QT 的信号与槽机制在运行时根据连接的对象和信号 - 槽关系进行动态绑定。当一个信号被发射时，QT 运行时系统会查找与该信号连接的所有槽函数，并根据连接类型进行调用。例如，对于队列连接，会将事件放入事件循环中处理，这确保了即使在不同线程中发射信号，槽函数也能被正确调用。
  • 类型安全检查：在编译阶段，QT 的元对象系统会对信号与槽的参数类型进行检查，确保类型匹配。如果类型不匹配，编译器会报错，这提高了代码的健壮性。