Qt之美（一）：D指针/私有实现

orion360doc 2010-12-05

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The English version is available at: http://xizhizhu./2010/11/beauty-of-qt-1-d-pointer-private.html

相信不少刚开始阅读Qt源代码的朋友在看到其中的Private类和诸如Q_D、Q_Q等宏时都会思考，为什么Qt要用这样一个设计模式呢？这样一段增加了不少复杂度的代码，到底有多大的好处呢？简单的说，这样的好处在于保证代码的二进制兼容性。

什么是二进制兼容性？大名鼎鼎的KDE项目是这样介绍的：一个库是二进制兼容的，如果一个程序和某个库的某个版本动态链接，并且不需要重新编译，即可在安装有该库较新版本的环境中运行。为什么要保证二进制兼容性？如果不能保证库的二进制兼容性，就意味着每次发布新版本时，依赖该库的所有程序都必须重新编译才能正常运行。显然，这对于像Qt这样被广泛采用的库而言是完全不可接受的。关于二进制兼容性的更多信息，感兴趣的朋友可以参考下KDE TechBase上的这篇文章，这里就不罗嗦了，仅仅和大家分享下具体的使用。

如果不使用D指针，那我们可能会有如下的一个类声明：

class MyClass
{
public:
MyClass();
~MyClass();
private:
int myVar;
};
class MyClass
{
public:
MyClass();
~MyClass();
private:
int myVar;
};

显然，这里的私有成员myVar是保证代码二进制兼容性的大敌，所以我们需要使用D指针，改写这个类：

class MyClassPrivate;
class MyClass
{
public:
MyClass();
~MyClass();
private:
MyClassPrivate * const d_ptr;
Q_DECLARE_PRIVATE(MyClass);
};
class MyClassPrivate;
class MyClass
{
public:
MyClass();
~MyClass();
private:
MyClassPrivate * const d_ptr;
Q_DECLARE_PRIVATE(MyClass);
};

这里，我们定义了一个指针d_ptr指向私有实现类，然后用Q_DECLARE_PRIVATE宏来定义一些辅助函数和声明友元类：

#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_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;

然后这个私有类的实现如下所示：

class MyClassPrivate
{
public:
MyClassPrivate(MyClass *parent);
private:
MyClass * const q_ptr;
Q_DECLARE_PUBLIC(MyClass);
int myVar;
};
class MyClassPrivate
{
public:
MyClassPrivate(MyClass *parent);
private:
MyClass * const q_ptr;
Q_DECLARE_PUBLIC(MyClass);
int myVar;
};

这里的q_ptr指针就是指向公开的接口了，然后Q_DECLARE_PUBLIC宏则定义了辅助函数并声明了友元类：

#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_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;

而我们还可以用Q_D和Q_Q两个宏来进一步简化访问：

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

这就是Qt中D指针/私有实现的最基本使用方法。最后用一个比较完整的例子作为结尾;)

// myclass.h
#ifndef MYCLASS_H
#define MYCLASS_H
#include <QtCore/QObject>
class MyClassPrivate;
class MyClass: public QObject
{
Q_OBJECT
public:
MyClass(QObject *parent = 0);
virtual ~MyClass();
void dummyFunc();
signal:
void dummySignal();
private:
MyClassPrivate * const d_ptr;
Q_DECLARE_PRIVATE(MyClass);
Q_DISABLE_COPY(MyClass);
};
#endif // MYCLASS_H
// myclass.cpp
#include "myclass.h"
class MyClassPrivate
{
public:
MyClassPrivate(MyClass *parent)
    : q_ptr(parent)
{
}
void foobar()
{
    Q_Q(MyClass);
    emit q->dummySignal();
}
private:
MyClass * const q_ptr;
Q_DECLARE_PUBLIC(MyClass);
};
MyClass::MyClass(QObject *parent)
: QObject(parent)
, d_ptr(new MyClassPrivate(this))
{
}
MyClass::~MyClass()
{
Q_D(MyClass);
delete d;
}
void MyClass::dummyFunc()
{
Q_D(MyClass);
d->foobar();
}

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