简介: Qt 编程中 namespace Ui { class Widget; } 解析的原理

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本博文的简述or解决问题?

​ Qt 编程中 namespace Ui { class Widget; } 解析

 namespace Ui 
{ 
	class widget; 
} 

的原理,和它背后的东东。


编程环境: win10 x64 专业版 1803 操作系统版本:17134.285

编程软件: visual studio 2015Qt Creator 4.8.2 (Enterprise)Qt 5.9.8


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理解一:

简述:

Qt编程中,会见到类似于如下的声明:

namespace Ui 
{ 
	class Dialog; 
} 

那么,为何要这样声明,这样声明有什么好处。

这是Designer使用了pimpl手法,pImpl手法主要作用是解开类的使用接口和实现的耦合,即为了减少各个源文件之间的联系。

下面详细讲解一下。

1、新建Qt 设计师界面类

dialog.h

#ifndef DIALOG_H 
#define DIALOG_H 
   
#include <QtGui/QDialog> 
   
namespace Ui 
{ 
	class Dialog; 
} 
  
class Dialog : public QDialog 
{ 
	Q_OBJECT 
      
public: 
	Dialog(QWidget *parent = 0); 
	~Dialog(); 
      
private: 
	Ui::Dialog *ui; 
}; 
  
#endif // DIALOG_H 

dialog.cpp

#include "dialog.h" 
#include "ui_dialog.h" 
 
Dialog::Dialog(QWidget *parent) 
	: QDialog(parent), ui(new Ui::Dialog) 
{ 
	ui->setupUi(this); 
	//QObject::connect(ui->pushButton, SIGNAL(clicked()),this, SLOT(quit())); 
} 
 
Dialog::~Dialog() 
{ 
	delete ui; 
}

ui_dialog.h

#ifndef UI_DIALOG_H 
#define UI_DIALOG_H 
 
#include <QtCore/QVariant> 
#include <QtGui/QAction> 
#include <QtGui/QApplication> 
#include <QtGui/QButtonGroup> 
#include <QtGui/QDialog> 
#include <QtGui/QHeaderView> 
#include <QtGui/QListView> 
#include <QtGui/QPushButton> 
	
QT_BEGIN_NAMESPACE 
 
class Ui_Dialog 
{
public: 
	QListView *listView; 
	QPushButton *pushButton
	           
	            
	void setupUi(QDialog *Dialog) 
	{
		if (Dialog->objectName().isEmpty()) 
			Dialog->setObjectName(QString::fromUtf8("Dialog")); 
		Dialog->resize(600, 400); 
		listView = new QListView(Dialog); 
		listView->setObjectName(QString::fromUtf8("listView")); 
		listView->setGeometry(QRect(30, 10, 256, 192)); 
		pushButton = new QPushButton(Dialog); 
		pushButton->setObjectName(QString::fromUtf8("pushButton")); 
		pushButton->setGeometry(QRect(140, 280, 75, 23));
	         
		retranslateUi(Dialog);
	  
		QMetaObject::connectSlotsByName(Dialog);
	} // setupUi
	   
	void retranslateUi(QDialog *Dialog) 
	{ 
		Dialog->setWindowTitle(QApplication::translate("Dialog", "Dialog", 0, QApplication::UnicodeUTF8)); 
		pushButton->setText(QApplication::translate("Dialog", "bye", 0, QApplication::UnicodeUTF8)); 
		Q_UNUSED(Dialog); 
	} // retranslateUi 
	    
}; 
 
namespace Ui { 
	class Dialog: public Ui_Dialog {}; 
} // namespace Ui 
 
QT_END_NAMESPACE 
 
#endif // UI_DIALOG_H 

2、分析代码

1 > ui_dialog.h代码中有很多被硬编码的地方。

listView->setGeometry(QRect(30, 10, 256, 192)); 
pushButton = new QPushButton(Dialog); 
pushButton->setObjectName(QString::fromUtf8("pushButton")); 
pushButton->setGeometry(QRect(140, 280, 75, 23));

Designer生成的这个东西, 如何让程序的其他代码去使用呢?
最直接的, 它应该产生一个

class Ui_Dialog {
    QListView *listView; 
    QPushButton *pushButton;
};

这样的类去让其他代码使用:

// My.h
#include "ui_dialog.h"
 
class My
{
	Ui_Dialog dlg;
};
 
// My.cpp
#include "My.h"
// 实现My

但是这样存在问题, 如果ui_dialog.h文件的内容被改变,不但My.cpp会被重新编译,
所有包含My.h的文件也都会被重新编译。
而且这确实是一个问题: Designer确实经常被拖来拖去

2 > 如果产生ui_dialog.h的那个程序能将如下代码:

listView->setGeometry(QRect(30, 10, 256, 192)); 
pushButton = new QPushButton(Dialog); 
pushButton->setObjectName(QString::fromUtf8("pushButton")); 
namespace Ui  { 
    class Dialog; 
} 
 
class Dialog : public QDialog  { 
    Ui:: Dialog *ui;  // 使用该类的一个指针
}; 
 
 
pushButton->setGeometry(QRect(140, 280, 75, 23)); 

移动到一个ui_dialog.cpp 中, 至少在移动dlg上的那些界面元素时,只会重新编译ui_dialog.cpp。
不会修改ui_dialog.h, 也就不会引发另一连串重编译。

3 > 但是, 除了将界面元素拖来拖去, Designer还经常干的一些事就是添加,删除一些界面元素,如

class Ui_Dialog 
{ 
public: 
    QListView *listView; 
    QPushButton *pushButton;
    // ...
};

4 > 如何让Designer改变GUI外观后, 不会引发工程大范围的重新编译?

所以Designer使用了pimpl手法 ……

前置声明一个 Ui:: Dialog类

namespace Ui  { 
    class Dialog; 
} 
 
class Dialog : public QDialog  { 
    Ui:: Dialog *ui;  // 使用该类的一个指针
}; 

然后用户使用 dialog.h 头文件以及 Dialog类。
该文件被修改的频率就会低很多很多。

无论是将designer上的界面元素拖来拖去, 还是添加删除, dialog.h文件的内容——Dialog类的定义——都不会改变。
然后用户可以使用这个Dialog了:

#include "dialog.h"
class My 
{
    Dialog dlg;
};

3、Ui 创建两种不同的方式

1 > 在qt4中使用了继承的方式来使用designer创建的窗体,也就是同时继承QDialog和UI_Dialog。

2 > 而在Qt Creator自动创建的项目中,使用了组合的方式来使用Designer创建的窗体,就是集成QDialog,而将UI_Dialog作为一个成员变量来使用,也就是

private:
   Ui::Dialog *ui; 

区别:
在前一种方式中,你可以在继承类中直接使用UI_Dialog上的组件。
在后一种方式中,你要使用ui->XXX的方式使用UI_Dialog上的组件。
两种方式都可以,但个人感觉第二种好一些,毕竟组合比继承的耦合度来的弱一些,就是稍有点麻烦,要加ui->,但同时也带来了更清晰的代码结构。

4、pImpl的原理

1 > pImpl惯用手法的主要作用是解开类的使用接口和实现的耦合。
如果不使用pImpl惯用手法,代码会像这样

#include<x.hpp>
class C
{
public:
	void f1();
private:
	X x; //与X的强耦合
};

像上面这样的代码,C与它的实现就是强耦合的,从语义上说,x成员数据是属于C的实现部分,不应该暴露给用户。从语言的本质上来说,在用户的代码中,每一次使用”new C”和”C c1”这样的语句,都会将X的大小硬编码到编译后的二进制代码段中(如果X有虚函数,则还不止这些)——这是因为,对于”new C”这样的语句,其实相当于operator new(sizeof(C))后面再跟上C的构造函数,而”C c1”则是在当前栈上腾出sizeof(C)大小的空间,然后调用C的构造函数。因此,每次X类作了改动,使用c.hpp的源文件都必须重新编译一次,因为X的大小可能改变了。
在一个大型的项目中,这种耦合可能会对build时间产生相当大的影响。

pImpl惯用手法可以将这种耦合消除,使用pImpl惯用手法的代码像这样:

//c.hpp
class X; //用前导声明取代include
class C
{
	...
	private:
	X* pImpl; //声明一个X*的时候,class X不用完全定义
};

2 > 在一个既定平台上,任何指针的大小都是相同的。之所以分为X,Y这些各种各样的指针,主要是提供一个高层的抽象语义,即该指针到底指向的是那个类的对象,并且,也给编译器一个指示,从而能够正确的对用户进行的操作(如调用X的成员函数)决议并检查。但是,如果从运行期的角度来说,每种指针都只不过是个32位的长整型(如果在64位机器上则是64位,根据当前硬件而定)。

正由于pImpl是个指针,所以这里X的二进制信息(sizeof(C)等)不会被耦合到C的使用接口上去,也就是说,当用户”new C”或”C c1”的时候,编译器生成的代码中不会掺杂X的任何信息,并且当用户使用C的时候,使用的是C的接口,也与X无关,从而X被这个指针彻底的与用户隔绝开来。只有C知道并能够操作pImpl成员指向的X对象。

3 > 防火墙
“修改X的定义会导致所有使用C的源文件重新编译”这种事就好比“城门失火,殃及池鱼”,其原因是“护城河”离“城门”太近了(耦合)。

pImpl惯用手法又被成为“编译期防火墙”,什么是“防火墙”,指针?不是。C++的编译模式为“分离式编译”,即不同的源文件是分开编译的。也就是说,不同的源文件之间有一道天然的防火墙,一个源文件“失火”并不会影响到另一个源文件。
但是,这里我们考虑的是头文件,如果头文件“失火”又当如何呢?头文件是不能直接编译的,它包含于源文件中,并作为源文件的一部分被一起编译。

这也就是说,如果源文件S.cpp使用了C.hpp,那么class C的(接口部分的)变动将无可避免的导致S.CPP的重新编译。但是作为class C的实现部分的class X却完全不应该导致S.cpp的重新编译。
因此,我们需要把class X隔绝在C.hpp之外。这样,每个使用class C的源文件都与class X隔离开来(与class X不在同一个编译单元)。但是,既然class C使用了class X的对象来作为它的实现部分,就无可避免的要“依赖”于class X。只不过,这个“依赖”应该被描述为:“class C的实现部分依赖于class X”,而不应该是“class C的用户使用接口部分依赖于class X”。

如果我们直接将X的对象写在class C的数据成员里面,则显而易见,使用class C的用户“看到”了不该“看到”的东西——class X——它们之间产生了耦合。然而,如果使用一个指向class X的指针,就可以将X的二进制信息“推”到class C的实现文件中去,在那里,我们#include”x.hpp”,定义所有的成员函数,并依赖于X的实现,这都无所谓,因为C的实现本来就依赖于X,重要的是:此时class X的改动只会导致class C的实现文件重新编译,而用户使用class C的源文件则安然无恙!
指针在这里充当了一座桥。将依赖信息“推”到了另一个编译单元,与用户隔绝开来。而防火墙是C++编译器的固有属性。

4 > 穿越C++编译期防火墙

是什么穿越了C++编译期防火墙?是指针!使用指针的源文件“知道”指针所指的是什么对象,但是不必直接“看到”那个对象——它可能在另一个编译单元,是指针穿越了编译期防火墙,连接到了那个对象。
从某种意义上说,只要是代表地址的符号都能够穿越C++编译期防火墙,而代表结构(constructs)的符号则不能。
例如函数名,它指的是函数代码的始地址,所以,函数能够声明在一个编译单元,但定义在另一个编译单元,编译器会负责将它们连接起来。用户只要得到函数的声明就可以使用它。而类则不同,类名代表的是一个语言结构,使用类,必须知道类的定义,否则无法生成二进制代码。变量的符号实质上也是地址,但是使用变量一般需要变量的定义,而使用extern修饰符则可以将变量的定义置于另一个编译单元中。

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理解二:

Qt 编程中 namespace Ui { class Widget; } 解析

class Widget 里面有个声明 Ui::Widget *ui,这个 ui 是使用 namespace Ui 里的 Widget 类声明的,该类只是简单的继承了 ui_widget.h 里的 Ui_Widget 类(没有添加任何成员)。现在就很清楚了,这两个看起来名字一样的 Widget 其实是两个类,一个是 namespace Ui 里的,另一个是 namespace Ui 之外的 Widget 类,namespace 声明的类其实就是个空壳,它的基类功能是将此窗口上的所有控件的声明、实例化、初始化。声明的原因就是为了使 ui 布局控制和其他的控制代码分离。

用一段 C++ 代码来说明这一切:

test.h 文件内容:

#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_

#include <iostream>

class Test{
public:
    void display(){
        std::cout << "This is a test!(no namespace)" << std::endl;
    }
};

class Base{
public:
    void display(){
        std::cout << "This is a test!(namespace)" << std::endl;
    }
};

/* 使用 namespace 声明 */
namespace UI {
    class Test: public Base {};
}

#endif

main.cpp 文件内容:

#include "test.h"

int main()
{
    Test t;
    UI::Test tt;
    
    t.display();
    tt.display();
    
    return 0;
}

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参考博文:

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QT namespace UI

Qt 编程中 namespace Ui { class Widget; } 解析


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