Qt中Q_D宏及d指针
原文标题:d指针在Qt上的应用及实现
原文链接:http://blog.csdn.net/rabinsong/article/details/9474859
正文:
Qt为了使其动态库最大程度上实现二进制兼容,引入了d指针的概念。那么为什么d指针能实现二进制兼容呢?为了回答这个问题,首先弄清楚什么是二进制兼容?所谓二进制兼容动态库,指的是一个在老版本库下运行的程序,在不经过编译的情况下,仍然能够在新的版本库下运行;需要经过编译才能在新版本下运行,而不需要修改该程序源代码,我们就说该动态库是源代码兼容的。要使一个dll能达到二进制兼容,对于一个结构,对于一个对象,其数据模型应该不变,若有变动,比如在类中增加数据成员或删除数据成员,其结果肯定影响对象的数据模型,从而导致原有数据程员在对象数据模型里的位移发生变化,这样的话编译后的新版本库很可能使程序发生崩溃,为了使在增加和添加项后不使对象数据模型大小发生变化,一种做法是预先分配若干个保留空间,当要添加项时,使用保留项。如下:
class A { private: int a; int reserved[3];
}; class B {
private: int a; quint32 b : 1; quint32 reserved : 31;
};
这样的话,当样增加项的时候,只需要利用reserved空间,这样的话,对象模型就不会改变。但是这种做法很呆板,因为你不知道未来到底会有多少扩展项,少了不满足要求,多了浪费空间。那麽有没有一种更灵活的方法呢?如下:
class Data {
public: int a;
}; class A { private: Data *d_ptr;
};
将A中的成员a放入Data 中,A中放入Data的一个指针,这样的话,无论你向Data中添加多少数据,A的对象模型始终是4个字节的大小(d_ptr指针的大小),这种做法是不是比上面的做法更灵活呢?d_ptr就是我们今天所要说的d指针,Qt为了实现二进制兼容,绝大数类中都包含有这样的指针,下面我们一起来看看Qt的d指针是怎么实现的:
如上图,这个是Qt根结点的指针的一般形式,下面来看看非根结点的一般形式,
注意这里QWidge派生自QObject,它里面没有d_ptr,但是它的成员函数可以访问d_ptr,因为 d_ptr是保护成员,且它的对象模型包含 d_ptr(这是因为派生类继承父类的所有成员)。
下面我们来看看Qt对上述两种情况是怎么实现的:
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,在这里我算去了其他的项,只保留了于d_ptr有关的项,首先来看看Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)是什么:
#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;
根据宏定义,则Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)翻译如下:
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;
再来看看qGetPtrHelper的定义:
template <typename T> static inline T *qGetPtrHelper(T *ptr)
{ return ptr;
}
再来看QScopePointer,它类似于智能指针,这样不用关心 d_ptr的释放,当离开QScopePointer的作用范围,QScopePointer会自动释放d_ptr指向的堆内存,那麽这个指针是什么时候生成的呢?q_ptr又是什么时候赋值的呢?让我们来看看qobject.cpp的实现:
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; ...
}
我们看第一个构造函数,对于根结点的d_ptr指向new QObjectPrivate,而QObjectPrivate派生自QObjectData,那麽Q_D(QObject)宏表示什么意思呢?
#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()
Q_D(QObject);翻译如下:
QObjectPrivate * const d = d_func();
不难看出Q_D(QObject);定义了一个QObjectPrivate的常量指针,指向d_func() 的返回值,而该返回值,正是d_ptr(见头文件 d_func()的定义),因此同过Q_D宏我们就可以访问d指针了。
对于第二个构造函数稍后介绍,下面来看看非根结点的d_ptr的实现情况:
头文件:
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); ...
};
我们首先来看看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;
根据宏定义,Q_DECLARE_PUBLIC(QObject)翻译如下:
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)翻译如下:
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;
注意这里的q_ptr是在QObjectData里公有声明的,QObjectPrivate,QWidgetPrivate都派生或间接派生自QObjectData,所以可以访问q_ptr。
接下来看Q_DECLARE_PRIVATE(QWidget)的翻译:
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;
接下来看看QWidget的构造函数的实现:
QWidget::QWidget(QWidget *parent, Qt::WindowFlags f) : QObject(*new QWidgetPrivate, 0)
{ ...
}
看到QObject(*new QwidgetPrivate, 0)这里调用了QObject的第二个构造函数,将d_ptr指向new QWidgetPrivate所指向的堆内存。
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