[轉]QT中的D指針與Q指針

Qt爲了使其動態庫最大程度上實現二進制兼容，引入了d指針的概念。

那麼爲何d指針能實現二進制兼容呢？

爲了回答這個問題，首先弄清楚什麼是二進制兼容？

所謂二進制兼容動態庫，指的是一個在老版本庫下運行的程序，在不通過編譯的狀況下，仍然可以在新的版本庫下運行；須要通過編譯才能在新版本下運行，而不須要修改該程序源代碼，咱們就說該動態庫是源代碼兼容的。要使一個dll能達到二進制兼容，對於一個結構，對於一個對象，其數據模型應該不變，如有變更，好比在類中增長數據成員或刪除數據成員，其結果確定影響對象的數據模型，從而致使原有數據程員在對象數據模型裏的位移發生變化，這樣的話編譯後的新版本庫極可能使程序發生崩潰，爲了使在增長和添加項後不使對象數據模型大小發生變化，一種作法是預先分配若干個保留空間，當要添加項時，使用保留項。以下：

class A {
private:
　　int a;
　　int reserved[3];
};

class B {
private:
　　int a;
　　quint32 b : 1;
　　quint32 reserved : 31;
};

這樣的話，當增長項的時候，只須要利用reserved空間（組態王中好多數據結構就有保留字段，如變量的域），這樣的話，對象模型就不會改變。可是這種作法很呆板，由於你不知道將來到底會有多少擴展項，少了不知足要求，多了浪費空間。那麼有沒有一種更靈活的方法呢？以下：

class Data {
public:
　　int a;
};

class A {
private:
　　Data *d_ptr;
};

將A中的成員a放入Data 中，A中放入Data的一個指針，這樣的話，不管你向Data中添加多少數據，A的對象模型始終是4個字節的大小（d_ptr指針的大小），這種作法是否是比上面的作法更靈活呢？d_ptr就是咱們今天所要說的d指針，Qt爲了實現二進制兼容，絕大數類中都包含有這樣的指針，下面咱們一塊兒來看看Qt的d指針是怎麼實現的：

如上圖，這個是Qt根結點的指針的通常形式，下面來看看非根結點的通常形式，

注意這裏QWidget派生自QObject，它裏面沒有d_ptr，可是它的成員函數能夠訪問d_ptr，由於 d_ptr是保護成員，且它的對象模型包含 d_ptr(這是由於派生類繼承父類的全部成員)。

 

下面咱們來看看Qt對上述兩種狀況是怎麼實現的：

qobject.h文件：

 

QObjectData {

public:

    QObject *q_ptr;

    ...

};

 

class Q_CORE_EXPORT QObject

{

    ...

    Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)

public:

    Q_INVOKABLE explicit QObject(QObject *parent=0);

    virtual ~QObject();

    ...

protected:

    QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent = 0);

    ...   

protected:

    QScopedPointer<QObjectData> d_ptr;

    ...

};

如上，在這裏我省去了其餘的項，只保留了於d_ptr有關的項，首先來看看Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)是什麼：

#define Q_DECLARE_PRIVATE(Class) \

    inline Class##Private* d_func() { return reinterpret_cast<Class##Private *>(qGetPtrHelper(d_ptr)); } \

    inline const Class##Private* d_func() const { return reinterpret_cast<const Class##Private *>(qGetPtrHelper(d_ptr)); } \

    friend class Class##Private;

根據宏定義，則Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)翻譯以下：

inline QObjectPrivate *d_func()
{
　　return reinterpret_cast<QObjectPrivate *>(qGetPtrHelper(d_ptr));

}
inline const QObjectPrivate *d_func() const
{
　　return reinterpret_cast<const QObjectPrivate *>(qGetPtrHelper(d_ptr));
}

friend class QObjectPrivate;

 

再來看看qGetPtrHelper的定義：

template <typename T> static inline T *qGetPtrHelper(T *ptr)
{
　　return ptr;
}

再來看QScopePointer，它相似於智能指針，這樣不用關心 d_ptr的釋放，當離開QScopePointer的做用範圍，QScopePointer會自動釋放d_ptr指向的堆內存，那麼這個指針是何時生成的呢？q_ptr又是何時賦值的呢？讓咱們來看看qobject.cpp的實現：

QObject::QObject(QObject *parent)

    : d_ptr(new QObjectPrivate)

{

    Q_D(QObject);

    d_ptr->q_ptr = this;

    ...

}

 

QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent)

    : d_ptr(&dd)

{

    Q_D(QObject);

    d_ptr->q_ptr = this;

    ...

}

咱們看第一個構造函數，對於根結點的d_ptr指向new QObjectPrivate，而QObjectPrivate派生自QObjectData，那麼Q_D(QObject)宏表示什麼意思呢？

#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()

Q_D(QObject)；翻譯以下：

QObjectPrivate * const d = d_func();

不難看出Q_D(QObject)；定義了一個QObjectPrivate的常量指針，指向d_func() 的返回值，而該返回值，正是d_ptr（見頭文件 d_func()的定義），所以經過Q_D宏咱們就能夠訪問d指針了。

對於第二個構造函數稍後介紹，下面來看看非根結點的d_ptr的實現狀況：

頭文件：

class Q_CORE_EXPORT QObjectPrivate : public QObjectData

{

    Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)

    ...

};

class Q_GUI_EXPORT QWidgetPrivate : public QObjectPrivate

{

    Q_DECLARE_PUBLIC(QWidget)

    ...

};

class Q_GUI_EXPORT QWidget : public QObject

{

    ...

    Q_DECLARE_PRIVATE(QWidget)

    ...

public:

    ...

    explicit QWidget(QWidget* parent = 0, Qt::WindowFlags f = 0);

    ...

};

咱們首先來看看Q_DECLARE_PUBLIC宏：

#define Q_DECLARE_PUBLIC(Class)                                    \

    inline Class* q_func() { return static_cast<Class *>(q_ptr); } \

    inline const Class* q_func() const { return static_cast<const Class *>(q_ptr); } \

    friend class Class;

根據宏定義，Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)翻譯以下：

template <typename T> static inline T *qGetPtrHelper(T *ptr)
{
　　return ptr;
}
inline QObject *q_func()
{
　　return static_cast<QObject *>(q_ptr);
}
inline const QObject *q_func() const
{
　　return static_cast<const QObject *>(q_ptr);
}

friend class QObject;

Q_DECLARE_PUBLIC(QWidget)翻譯以下：

inline QWidget *q_func()
{
　　return static_cast<QWidget *>(q_ptr);
}
inline const QWidget *q_func() const
{
　　return static_cast<const QWidget *>(q_ptr);
}
friend class QWidget;

注意這裏的q_ptr是在QObjectData裏公有聲明的，QObjectPrivate，QWidgetPrivate都派生或間接派生自QObjectData，因此能夠訪問q_ptr。

接下來看Q_DECLARE_PRIVATE(QWidget)的翻譯：

inline QWidgetPrivate *d_func()
{
　　return reinterpret_cast<QWidgetPrivate *>(qGetPtrHelper(d_ptr));
}
inline const QWidgetPrivate *d_func() const
{
　　return reinterpret_cast<const QWidgetPrivate *>(qGetPtrHelper(d_ptr));
}
friend class QWidgetPrivate;

 

接下來看看QWidget的構造函數的實現：

QWidget::QWidget(QWidget *parent, Qt::WindowFlags f)
: QObject(*new QWidgetPrivate, 0)
{
　　...
}

看到QObject(*new QwidgetPrivate, 0)這裏調用了QObject的第二個構造函數，將d_ptr指向new QWidgetPrivate所指向的堆內存。

 還能夠參考https://wiki.qt.io/D-Pointer/zh，這個講的不錯！