看懂Qt源代碼-Qt源碼的對(duì)象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

第一次看Qt源代碼的人都會(huì)被其代碼所迷惑，經(jīng)常會(huì)看到代碼中的d_ptr成員、d_func(函數(shù))和Q_DECLARE_PRIVATE等奇怪的宏，總是讓人一頭霧水，下面這篇文章很好的向我們介紹了Qt源代碼的編寫(xiě)習(xí)慣，為我們看Qt源碼打下基礎(chǔ)：

對(duì)象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

前言，為什么先說(shuō)這個(gè)？

???? 我們知道，在C++中，幾乎每一個(gè)類(class)中都需要有一些類的成員變量(class member variable)，在通常情況下的做法如下：

class?Person
{
private:
????string?mszName;?//?姓名
????bool?mbSex;????//?性別
????int?mnAge;?????//?年齡
};

? ? ?就是在類定義的時(shí)候，直接把類成員變量定義在這里，甚至于，把這些成員變量的存取范圍直接定義成是 public 的，您是不是這是這樣做的呢？

在Qt中，卻幾乎都不是這樣做的，那么，Qt是怎么做的呢？

???? 幾乎每一個(gè)C++的類中都會(huì)保存許多的數(shù)據(jù)，要想讀懂別人寫(xiě)的C++代碼，就一定需要知道每一個(gè)類的的數(shù)據(jù)是如何存儲(chǔ)的，是什么含義，否則，我們不可能讀懂別人的C++代碼。在這里也就是說(shuō)，要想讀懂Qt的代碼，第一步就必須先搞清楚Qt的類成員數(shù)據(jù)是如何保存的。

??? 為了更容易理解Qt是如何定義類成員變量的，我們先說(shuō)一下Qt 2.x 版本中的類成員變量定義方法，因?yàn)樵?2.x 中的方法非常容易理解。然后在介紹 Qt 4.6 中的類成員變量定義方法。

Qt 2.x 中的方法

在定義class的時(shí)候(在.h文件中)，只包含有一個(gè)類成員變量，只是定義一個(gè)成員數(shù)據(jù)指針，然后由這個(gè)指針指向一個(gè)數(shù)據(jù)成員對(duì)象，這個(gè)數(shù)據(jù)成員對(duì)象包含所有這個(gè)class的成員數(shù)據(jù)，然后在class的實(shí)現(xiàn)文件(.cpp文件)中，定義這個(gè)私有數(shù)據(jù)成員對(duì)象。示例代碼如下：

//————————————————————————————————————–
//?File?name:??person.h

struct?PersonalDataPrivate;?//?聲明私有數(shù)據(jù)成員類型

class?Person
{
public:

????Person?();???//?constructor
????virtual?~Person?();??//?destructor
????void?setAge(const?int);
????int?getAge();

private:

????PersonalDataPrivate*?d;
};

?

//————————————————————————————————————–
//?File?name:??person.cpp

struct?PersonalDataPrivate??//?定義私有數(shù)據(jù)成員類型
{
????string?mszName;?//?姓名
????bool?mbSex;????//?性別
????int?mnAge;?????//?年齡
};

//?constructor
Person::Person?()
{
????d?=?new?PersonalDataPrivate;
};

//?destructor
Person::~Person?()
{
????delete?d;
};

void?Person::setAge(const?int?age)
{
????if?(age?!=?d->mnAge)
????????d->mnAge?=?age;
}

int?Person::getAge()
{
????return?d->mnAge;
}

在最初學(xué)習(xí)Qt的時(shí)候，我也覺(jué)得這種方法很麻煩，但是隨著使用的增多，我開(kāi)始很喜歡這個(gè)方法了，而且，現(xiàn)在我寫(xiě)的代碼，基本上都會(huì)用這種方法。具體說(shuō)來(lái)，它有如下優(yōu)點(diǎn)：

????* 減少頭文件的依賴性
????? 把具體的數(shù)據(jù)成員都放到cpp文件中去，這樣，在需要修改數(shù)據(jù)成員的時(shí)候，只需要改cpp文件而不需要頭文件，這樣就可以避免一次因?yàn)轭^文件的修改而導(dǎo)致所有包含了這個(gè)文件的文件全部重新編譯一次，尤其是當(dāng)這個(gè)頭文件是非常底層的頭文件和項(xiàng)目非常龐大的時(shí)候，優(yōu)勢(shì)明顯。
????? 同時(shí)，也減少了這個(gè)頭文件對(duì)其它頭文件的依賴性?？梢园阎辉跀?shù)據(jù)成員中需要用到的在cpp文件中include一次就可以，在頭文件中就可以盡可能的減少include語(yǔ)句
????* 增強(qiáng)類的封裝性
????? 這種方法增強(qiáng)了類的封裝性，無(wú)法再直接存取類成員變量，而必須寫(xiě)相應(yīng)的 get/set 成員函數(shù)來(lái)做這些事情。
????? 關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，每個(gè)人都有不同的觀點(diǎn)。有些人就是喜歡把類成員變量都定義成public的，在使用的時(shí)候方便。只是我個(gè)人不喜歡這種方法，當(dāng)項(xiàng)目變得很大的時(shí)候，有非常多的人一起在做這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，自己所寫(xiě)的代碼處于底層有非常多的人需要使用(#include)的時(shí)候，這個(gè)方法的弊端就充分的體現(xiàn)出來(lái)了。

還有，我不喜歡 Qt 2.x 中把數(shù)據(jù)成員的變量名都定義成只有一個(gè)字母，d，看起來(lái)很不直觀，尤其是在search的時(shí)候，很不方便。但是，Qt kernel 中的確就是這么干的。

Qt 4.6.x 中的方法

在 Qt 4.6 中，類成員變量定義方法的出發(fā)點(diǎn)沒(méi)有變化，只是在具體的實(shí)現(xiàn)手段上發(fā)生了非常大的變化，下面具體來(lái)看。

在 Qt 4.6 中，使用了非常多的宏來(lái)做事，這憑空的增加了理解 Qt source code 的難度，不知道他們是不是從MFC學(xué)來(lái)的。就連在定義類成員數(shù)據(jù)變量這件事情上，也大量的使用了宏。

在這個(gè)版本中，類成員變量不再是給每一個(gè)class都定義一個(gè)私有的成員，而是把這一項(xiàng)common的工作放到了最基礎(chǔ)的基類 QObject 中，然后定義了一些相關(guān)的方法來(lái)存取，好了，讓我們進(jìn)入具體的代碼吧。

//————————————————————————————————————–
//?file?name:?qobject.h

class?QObjectData
{
public:
????virtual?~QObjectData()?=?0;
????//?省略
};

class?QObject
{
????Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)

public:

????QObject(QObject?*parent=0);

protected:

????QObject(QObjectPrivate?&dd,?QObject?*parent?=?0);
????QObjectData?*d_ptr;
}

這些代碼就是在 qobject.h 這個(gè)頭文件中的。在 QObject class 的定義中，我們看到，數(shù)據(jù)員的定義為：QObjectData *d_ptr; 定義成 protected 類型的就是要讓所有的派生類都可以存取這個(gè)變量，而在外部卻不可以直接存取這個(gè)變量。而 QObjectData 的定義卻放在了這個(gè)頭文件中，其目的就是為了要所有從QObject繼承出來(lái)的類的成員變量也都相應(yīng)的要在QObjectData這個(gè)class繼承出來(lái)。而純虛的析構(gòu)函數(shù)又決定了兩件事：

??? * 這個(gè)class不能直接被實(shí)例化。換句話說(shuō)就是，如果你寫(xiě)了這么一行代碼，new QObjectData， 這行代碼一定會(huì)出錯(cuò)，compile的時(shí)候是無(wú)法過(guò)關(guān)的。
??? * 當(dāng) delete 這個(gè)指針變量的時(shí)候，這個(gè)指針變量是指向的任意從QObjectData繼承出來(lái)的對(duì)象的時(shí)候，這個(gè)對(duì)象都能被正確delete，而不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，諸如，內(nèi)存泄漏之類的。

我們?cè)賮?lái)看看這個(gè)宏做了什么，Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)

#define?Q_DECLARE_PRIVATE(Class)?
????inline?Class##Private*?d_func()?{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}?
????inline?const?Class##Private*?d_func()?const?{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}?
????friend?class?Class##Private;

這個(gè)宏主要是定義了兩個(gè)重載的函數(shù)，d_func()，作用就是把在QObject這個(gè)class中定義的數(shù)據(jù)成員變量d_ptr安全的轉(zhuǎn)換成為每一個(gè)具體的class的數(shù)據(jù)成員類型指針。我們看一下在QObject這個(gè)class中，這個(gè)宏展開(kāi)之后的情況，就一幕了然了。

Q_DECLARE_PRIVATE(QObject) 展開(kāi)后，就是下面的代碼：

inline?QObjectPrivate*?d_func()?{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}
inline?const?QObjectPrivate*?d_func()?const
{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}?
friend?class?QObjectPrivate;

宏展開(kāi)之后，新的問(wèn)題又來(lái)了，這個(gè)QObjectPrivate是從哪里來(lái)的？在QObject這個(gè)class中，為什么不直接使用QObjectData來(lái)數(shù)據(jù)成員變量的類型？

還記得我們剛才說(shuō)過(guò)嗎，QObjectData這個(gè)class的析構(gòu)函數(shù)的純虛函數(shù)，這就說(shuō)明這個(gè)class是不能實(shí)例化的，所以，QObject這個(gè)class的成員變量的實(shí)際類型，這是從QObjectData繼承出來(lái)的，它就是QObjectPrivate !

這個(gè) class 中保存了許多非常重要而且有趣的東西，其中包括 Qt 最核心的 signal 和 slot 的數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)，等等，我們將會(huì)在后面詳細(xì)講解，現(xiàn)在我們來(lái)看一下它的定義：

下面就是這個(gè)class的定義：

class?QObjectPrivate?:?public?QObjectData
{
????Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)

public:

????QObjectPrivate(int?version?=?QObjectPrivateVersion);
????virtual?~QObjectPrivate();
????//?省略
}

那么，這個(gè) QObjectPrivate 和 QObject 是什么關(guān)系呢？他們是如何關(guān)聯(lián)在一起的呢？

讓我們來(lái)看看這個(gè) QObjectPrivate 和 QObject 是如何關(guān)聯(lián)在一起的。

//————————————————————————————————————–
//?file?name:?qobject.cpp

QObject::QObject(QObject?*parent)?
????:?d_ptr(new?QObjectPrivate)
{
??//?………………………
}

QObject::QObject(QObjectPrivate?&dd,?QObject?*parent)
????:?d_ptr(&dd)
{
???//?…………………
}

怎么樣，是不是一目了然呀？

從第一個(gè)構(gòu)造函數(shù)可以很清楚的看出來(lái)，QObject class 中的 d_ptr 指針將指向一個(gè) QObjectPrivate 的對(duì)象，而QObjectPrivate這個(gè)class是從QObjectData繼承出來(lái)的。

這第二個(gè)構(gòu)造函數(shù)干什么用的呢？從 QObject class 的定義中，我們可以看到，這第二個(gè)構(gòu)造函數(shù)是被定義為 protected 類型的，這說(shuō)明，這個(gè)構(gòu)造函數(shù)只能被繼承的class使用，而不能使用這個(gè)構(gòu)造函數(shù)來(lái)直接構(gòu)造一個(gè)QObject對(duì)象，也就是說(shuō)，如果寫(xiě)一條下面的語(yǔ)句，編譯的時(shí)候是會(huì)失敗的，
??????? new QObject(*new QObjectPrivate, NULL)

為了看的更清楚，我們以QWidget這個(gè)class為例說(shuō)明。

QWidget是QT中所有UI控件的基類，它直接從QObject繼承而來(lái)，

class?QWidget?:?public?QObject,?public?QPaintDevice
{
????Q_OBJECT
????Q_DECLARE_PRIVATE(QWidget)
????//?…………………
}

我們看一個(gè)這個(gè)class的構(gòu)造函數(shù)的代碼：

QWidget::QWidget(QWidget?*parent,?Qt::WindowFlags?f)
????:?QObject(*new?QWidgetPrivate,?0),?QPaintDevice()
{
????d_func()->init(parent,?f);
}

非常清楚，它調(diào)用了基類QObject的保護(hù)類型的構(gòu)造函數(shù)，并且以 *new QWidgetPrivate 作為第一個(gè)參數(shù)傳遞進(jìn)去。也就是說(shuō)，基類(QObject)中的d_ptr指針將會(huì)指向一個(gè)QWidgetPrivate類型的對(duì)象。

再看QWidgetPrivate這個(gè)class的定義：

class?QWidgetPrivate?:?public?QObjectPrivate
{
????Q_DECLARE_PUBLIC(QWidget)
????//?…………………
}

好了，這就把所有的事情都串聯(lián)起來(lái)了。

關(guān)于QWidget構(gòu)造函數(shù)中的唯一的語(yǔ)句 d_func()->init(parent, f) 我們注意到在class的定義中有這么一句話： Q_DECLARE_PRIVATE(QWidget)

我們前面講過(guò)這個(gè)宏，當(dāng)把這個(gè)宏展開(kāi)之后，就是這樣的：

inline?QWidgetPrivate*?d_func()?{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}
inline?const?QWidgetPrivate*?d_func()?const
{?return?reinterpret_cast(d_ptr);?}?
friend?class?QWidgetPrivate;

很清楚，它就是把QObject中定義的d_ptr指針轉(zhuǎn)換為QWidgetPrivate類型的指針。

小結(jié)：

要理解Qt Kernel的code，就必須要知道Qt中每一個(gè)Object內(nèi)部的數(shù)據(jù)是如何保存的，而Qt沒(méi)有象我們平時(shí)寫(xiě)code一樣，把所有的變量直接定義在類中，所以，不搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們就無(wú)法理解一個(gè)相應(yīng)的class。其實(shí)，在Qt4.6中的類成員數(shù)據(jù)的保存方法在本質(zhì)是與Qt2.x中的是一樣的，就是在class中定義一個(gè)成員數(shù)據(jù)的指針，指向成員數(shù)據(jù)集合對(duì)象(這里是一個(gè)QObjectData或者是其派生類)。初始化這個(gè)成員變量的辦法是定義一個(gè)保護(hù)類型的構(gòu)造函數(shù)，然后在派生類的構(gòu)造函數(shù)new 一個(gè)派生類的數(shù)據(jù)成員，并將這個(gè)新對(duì)象賦值給QObject的數(shù)據(jù)指針。在使用的時(shí)候，通過(guò)預(yù)先定義個(gè)宏里面的一個(gè)inline函數(shù)來(lái)把數(shù)據(jù)指針在安全類型轉(zhuǎn)換，就可以使用了。