Qt 的 d_ptr (d-pointer) 和 q_ptr (q-pointer)解析；Q_D和Q_Q指针

2024-06-03 01:04
文章标签 指针 qt 解析 pointer ptr

本文主要是介绍Qt 的 d_ptr (d-pointer) 和 q_ptr (q-pointer)解析；Q_D和Q_Q指针，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

篇一：

通常情况下，与一个类密切相关的数据会被作为数据成员直接定义在该类中。然而，在某些场合下，我们会将这些数据从该类（被称为公类）分离出来，定义在一个单独的类中（被称为私类）。公类中会定义一个指针，指向私类的对象。在计算机的发展历史中，这种模式被称为pointer to implementation (pimpl)。

Qt常将其命名为d_ptr或者d。Qt文档将其称为d-pointer。与之对应还有q_ptr或者q。

所以，q,d指针并不是多么神秘，它只是运用了pimpl手法，将数据成员放到了另外一个类中。
那么接下来，在了解了pimpl手法后，可以看下面的d,q指针了。

Q_D和Q_Q指针
在一些项目中会遇到这两者，简称 D 指针和 Q 指针。Qt中大量使用Q_D和Q_Q。

Q_D 与 Q_Q宏定义
#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func() 
#define Q_Q(Class) Class * const q = q_func() 
两个宏展开后分别是对 d_func() 和 q_func() 两个函数的调用，返回值分别赋值给 d 和 q 两个指针变量。

Q_DECLARE_PRIVATE 与 Q_DECLARE_PUBLIC
那么 d_func() 和 q_func()又是什么呢？那就需要看这两个宏的定义

#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;  #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;

这里涉及到宏的一些技巧，比如##连接符，\续行符。如果现阶段看不懂没关系，可以看下面的简化版

ClassPrivate* d_func() { return reinterpret_cast<ClassPrivate *>(d_ptr)); } 

大致意思，d_func()其实就是d_ptr，只是经过了转型等处理。那么，你就可以理解为d = f_func() = d_ptr（仅限于初学者的初期阶段理解）

然后，代码里面还有一行friend class Class##Private; ，这个就是用来声明友元的，目的是A类可以访问B类的私有成员。这也是实现pimpl的基础。


接下来，直接放上代码来看看：

class MyClassPrivate;  //前置声明
class MyClass : public QObject {public:MyClass(QObject *parent = nullptr);virtual ~MyClass();void dummyFunc();signals : void dummySignal();private:MyClassPrivate *const d_ptr;Q_DECLARE_PRIVATE(MyClass);//①
};class MyClassPrivate {public:MyClassPrivate(MyClass *parent) : q_ptr(parent) {}void foobar() {Q_Q(MyClass);  //声明之后，即将q_func() = q，就可以直接使用qemit q->dummySignal();}private:MyClass *const q_ptr;Q_DECLARE_PUBLIC(MyClass);//②
};MyClass::MyClass(QObject *parent):QObject(parent),d_ptr(new MyClassPrivate(this)) {
}MyClass::~MyClass() {Q_D(MyClass);  //同Q_Qdelete d;
}void MyClass::dummyFunc() {Q_D(MyClass);d->foobar();
}

在这段代码中，公类MyClass定义了一个指针d_ptr来访问私类MyClassPrivate，而私类定义了一个指针q_ptr来访问公类。在这个简单的例子中，公类和私类本可以通过这两个指针非常方便地相互访问对方的数据。但是，在一些复杂的场合下，这两个指针并不是直接定义在公类、私类中的，而是被定义在它们的基类中。此时，就需要用到Qt定义的4个宏：Q_DECLARE_PRIVATE与Q_DECLARE_PUBLIC、Q_D和Q_Q。

Q_DECLARE_PRIVATE(MyClass)作用是：在公类中定义了一个成员函数d_func，返回一个指针，指向对应的私类。

Q_DECLARE_PUBLIC(MyClass)作用是：在私类中定义了一个成员函数p_func，返回一个指针，指向对应的公类。

本例中，公类本身定义了一个指向私类的指针d_ptr，所以Qt应用程序可以直接使用这个指针，而不必调用d_func来获取这个指针。

总之，一方面，Qt在公类中定义了一个指针d_ptr指向私类，在宏Q_DECLARE_PRIVATE中定义了一个函数获取这个指针，用宏Q_D将这个指针重新命名为d，以便于访问私类对象。另一方面，Qt在私类中定义了一个指针q_ptr指向公类，在宏Q_DECLARE_PUBLIC中定义了一个函数获取这个指针，用宏Q_Q将这个指针重新命名为q，以便于访问公类对象。

参考资料
张波 《Qt中的C++技术》              
原文链接：https://blog.csdn.net/no_say_you_know/article/details/123921937

篇二：

在讲解d/q指针之前，我们先了解一下什么是Pimpl，这样更有助于我们理解Qt这么做的目的。

一、Pimpl（Pointer to Implementation）简介
该技术是一种减少代码依赖和编译时间的C++编程技巧，Pimpl的基本思想是：将类的私有数据成员指针化，并将其移动到类的实现文件中。这样，在公共头文件中定义的类只包含指向私有实现的指针，而不是私有实现本身。这使得实现的细节可以在不更改类的公共接口的情况下进行更改。

Pimpl技术通过在类中使用指向实现类的指针来隐藏类的实现细节。在使用Pimpl技术时，开发人员需要在类的头文件中声明一个私有的指向实现类的指针，并在类的实现文件中定义实现类。通过这种方式，开发人员可以将实现细节与类的接口分离开来，从而提高了代码的可读性和可维护性。

以下是一个使用Pimpl技术的示例：

// MyClass.h

class MyClass
{
public:MyClass();~MyClass();void doSomething();private:class Impl;Impl* m_pImpl;
};

// MyClass.cpp

class MyClass::Impl
{
public:void doSomethingImpl();
};MyClass::MyClass() : m_pImpl(new Impl)
{}MyClass::~MyClass()
{delete m_pImpl;
}void MyClass::doSomething()
{m_pImpl->doSomethingImpl();
}void MyClass::Impl::doSomethingImpl()
{// Implementation details
}

在上面的示例中，MyClass类包含一个私有的Impl指针，指向一个名为Impl的内部实现类。实现类包含doSomethingImpl()方法的实现细节，而MyClass只暴露了doSomething()方法。在MyClass的构造函数中，我们分配了一个新的Impl对象并将其分配给m_pImpl指针。在MyClass的析构函数中，我们删除了m_pImpl指针指向的对象，以避免内存泄漏。

Pimpl技术的优缺点
优点：
1.隐藏实现细节：Pimpl技术使开发人员能够将实现细节与类的接口分离开来，从而降低耦合，提高代码的可读性和可维护性。
2.减少编译依赖性：Pimpl技术可以帮助减少类的头文件中的依赖项，从而加快编译时间并减少不必要的重新编译。（此项对于大型项目来说非常有用）
3.提高二进制兼容性：由于Pimpl技术将实现细节从类的接口中分离出来，因此可以在不破坏二进制兼容性的情况下修改类的实现。

缺点：
1.增加间接调用：由于Pimpl技术使用指针来引用私有实现，因此在访问私有实现时需要进行额外的间接调用，这可能会影响性能。
2.内存开销：Pimpl技术需要在堆上分配和管理额外的内存，这会导致一些开销。

Pimpl技术我们已经了解，现在我们开始看一下Qt的实现以及原理吧：

二、Qt源码中的d指针/q指针
下面我们将QObject的源码作为例子进行讲解：

qobject.h

// QObjectData
class Q_CORE_EXPORT QObjectData {Q_DISABLE_COPY(QObjectData)
public:QObjectData() = default;virtual ~QObjectData() = 0;QObject *q_ptr;  // q指针QObject *parent;QObjectList children;....
};// QObject
class Q_CORE_EXPORT QObject
{Q_OBJECTQ_PROPERTY(QString objectName READ objectName WRITE setObjectName NOTIFY objectNameChanged)Q_DECLARE_PRIVATE(QObject)public:Q_INVOKABLE explicit QObject(QObject *parent=nullptr);virtual ~QObject();virtual bool event(QEvent *event);virtual bool eventFilter(QObject *watched, QEvent *event);...
protected:QScopedPointer<QObjectData> d_ptr;  // d指针...};

qobject.cpp

QObject::QObject(QObject *parent): QObject(*new QObjectPrivate, parent)
{
}/*!\internal*/
QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent): d_ptr(&dd)
{Q_ASSERT_X(this != parent, Q_FUNC_INFO, "Cannot parent a QObject to itself");Q_D(QObject);//Q_D宏获取d_ptrd_ptr->q_ptr = this;auto threadData = (parent && !parent->thread()) ? parent->d_func()->threadData.loadRelaxed() : QThreadData::current();threadData->ref();d->threadData.storeRelaxed(threadData);  // 此处d变量：即是Q_D宏获取的d_ptr...
}


我们再来看一下相关的宏定义:

qglobal.h

// The body must be a statement:
#define Q_CAST_IGNORE_ALIGN(body) QT_WARNING_PUSH QT_WARNING_DISABLE_GCC("-Wcast-align") body QT_WARNING_POP
#define Q_DECLARE_PRIVATE(Class) \inline Class##Private* d_func() \{ Q_CAST_IGNORE_ALIGN(return reinterpret_cast<Class##Private *>(qGetPtrHelper(d_ptr));) } \inline const Class##Private* d_func() const \{ Q_CAST_IGNORE_ALIGN(return reinterpret_cast<const Class##Private *>(qGetPtrHelper(d_ptr));) } \friend class Class##Private;#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;#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()
#define Q_Q(Class) Class * const q = q_func()

Q_DECLARE_PRIVATE与Q_DECLARE_PUBLIC是Qt用来在类的头文件中声明获取d指针与q指针的私有函数，其核心在于添加了强制类型转换。
Q_D与Q_Q两个宏是用来获取d/q常量指针的，在函数中可以直接使用 d变量/q变量 代替 d_ptr与q_ptr，因为通过它们获取的指针类型是具体的，所以是直接使用ptr变量代替不了的。

我们再来看看qGetPtrHelper这个函数的定义：

qglobal.h

template <typename T> inline T *qGetPtrHelper(T *ptr) { return ptr; }
template <typename Ptr> inline auto qGetPtrHelper(Ptr &ptr) -> decltype(ptr.operator->()) { return ptr.operator->(); }

qGetPtrHelper是一个函数模板重载，用于获取指针。

Qt中d指针与q指针的存在价值
d指针：使用了Pimpl技术，因此Pimpl的优点都是它的价值所在，我认为Qt大量使用该技术主要是为了二进制兼容以及提高编译速度。
q指针：对父类或者公有类方法的访问。

原文链接：https://blog.csdn.net/bmseven/article/details/130245432

篇三：

一、共享d指针实现方法如下： 
1、在基类中定义一个protected权限的d_ptr指针； 3 _2 k6 W5 v2 L1 }
2、在每个派生类中定义d_func()，获取基类d_ptr，并将其转换为当前私有类指针(派生自基类d_ptr)； 6 @: r/ a/ {% q
3、在函数中使用Q_D，这样就可以使用d了； . G3 h) _! m9 C1 I7 V) e' t' t
4、在私有数据继承体系中，不要忘记将析构函数定义为虚函数，基类析构函数中释放d_ptr，以防内存泄露！！！ n
5、类的派生，加上protected 构造函数，调用父类构造函数，将私有数据类传参； 

二、

此教程中我们从二进制兼容开始，讲到了信息隐藏的技术，介绍了Q_D,Q_Q 等等，其实在window 系统我们经常会用到这种技术，最最典型的的就是processMsg(inttype,long *lParam,long*wParm), 通过lParam、wParam 这两个指针可以传递任何数据类型。

参考原文：Qt信息隐藏(Q_D/Q_Q)介绍_j.&q-CSDN博客      

这篇关于Qt 的 d_ptr (d-pointer) 和 q_ptr (q-pointer)解析；Q_D和Q_Q指针的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1025604。

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