Qt是一個跨平臺框架，通常用作圖形工具包，它不僅創(chuàng)建CLI應(yīng)用程序中非常有用。而且它也可以在三種主要的臺式機操作系統(tǒng)以及移動操作系統(tǒng)（如Symbian，Nokia Belle，Meego Harmattan，MeeGo或BB10）以及嵌入式設(shè)備，Android（Necessitas）和iOS的端口上運行?，F(xiàn)在我們?yōu)槟闾峁┝嗣赓M的試用版。趕快點擊下載Qt6最新試用版>>

工具推薦：

Qt 6具有很多新功能。我們添加的最令人興奮的功能之一是將QML和Qt Quick綁定的概念帶回到Qt的核心，并允許從C ++使用它。

Qt 5中的綁定

讓我們首先回顧一下Qt 5中屬性綁定的工作方式。在那里，綁定支持僅限于Qt Quick。這是一個非常簡單的示例：

import QtQuick 2.15

Rectangle {
    height: width
    border.width: height/10
}

這樣做的目的是在一個 Rectangle 對象上設(shè)置兩個綁定。第一個綁定確保Rectangle永遠是正方形。第二個綁定將邊框?qū)挾仍O(shè)置為高度的10%。然后，Qt中的QML引擎確保這些關(guān)系將被保留，并在Rectangle的寬度改變時自動調(diào)整高度和邊框?qū)挾取?

這種綁定的機制是使Qt Quick中的UI定義大多以聲明的方式編寫。綁定表達式（綁定的右側(cè)）可以任意復(fù)雜，包含對其他對象屬性的引用，甚至調(diào)用其他方法。

在Qt 5的生命周期中，我們已經(jīng)看到，綁定使代碼的表現(xiàn)力更強，并刪除了很多需要編寫的膠水代碼。所以，在Qt 6中，我們的目標(biāo)是允許作為一個C++開發(fā)者也能使用這種機制。

讓我們看看如何在C++中表達同樣的關(guān)系。下面是我們希望這樣一個Rectangle如何寫成一個C++類。

class Rectangle {
public:
    Property<int> width;
    Property<int> height;
    Property<int> border;

    Rectangle() {
        height.setBinding(width);
        border.setBinding([this]() {
            return height / 10;
        });
    }
};

這定義了一個具有3個屬性的Rectangle類：width，height和border。然后，構(gòu)造函數(shù)設(shè)置兩個綁定，一個綁定將高度綁定到寬度，另一個綁定將邊框綁定到高度的10％。

當(dāng)我們著手進行Qt 6時，我們面臨的問題是我們是否可以以高效且高效的方式來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

綁定系統(tǒng)的目標(biāo)

除了良好且易于使用的語法外，系統(tǒng)還需要滿足其他一些要求。

• 性能系統(tǒng)需要快速，評估綁定時開銷應(yīng)盡可能少
• 無開銷當(dāng)系統(tǒng)不使用時，系統(tǒng)不應(yīng)增加明顯的運行時開銷
• 內(nèi)存效率高 系統(tǒng)應(yīng)該具有較低的內(nèi)存開銷
• 與QObject中的現(xiàn)有屬性系統(tǒng)集成Qt具有針對基于QObject的類的預(yù)先存在的屬性系統(tǒng)，并且新系統(tǒng)應(yīng)集成/擴展該系統(tǒng)

讓我們看一下新系統(tǒng)的實施方式以及我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)上述目標(biāo)。

簡單實施

讓我們從最簡單的方法開始，以實現(xiàn)支持我們正在尋找的功能的 QProperty類：

template <typename T>
class QProperty
{
    std::function<T()> binding = nullptr;
    T data;
public:
    T value() const { 
        if (binding) return binding(); 
        return data;
    }
    void setValue(const T &newValue) {
        if (binding) binding = nullptr;
        data = newValue;
    }
    void setBinding(std::function<T> b) { binding = b; }
};

上面的實現(xiàn)可能是實現(xiàn)支持綁定的QProperty類的最簡單方法。它基本上包含了屬性數(shù)據(jù)和一個有可能為空的綁定的函數(shù)指針。每當(dāng)在屬性上設(shè)置了一個綁定，如果設(shè)置了一個綁定，屬性獲取器將總是執(zhí)行綁定來檢索值。

然而這種實現(xiàn)有幾個嚴(yán)重的缺點，使得它不適合按原樣使用。最明顯的一個缺點就是性能會非常差，特別是當(dāng)綁定依賴于其他屬性，而這些屬性本身也有綁定的時候。每次調(diào)用getter時都要評估這些綁定，會造成嚴(yán)重的性能問題。更糟糕的是，這可能會導(dǎo)致應(yīng)用程序崩潰或死鎖，萬一一個綁定以某種方式引用回自己。

立即和延遲的綁定評估

 所以我們確實需要一個更高級一點的設(shè)計?；旧嫌袃煞N可能的方法來避免每次調(diào)用setter時計算綁定的值。這兩種方法都涉及到將結(jié)果值緩存在數(shù)據(jù)中。此外，我們還需要記住一個綁定所依賴的屬性。

Qt Quick在Qt 5中做的就是即時綁定評估，這意味著每當(dāng)一個屬性被改變，我們就會立即觸發(fā)對所有依賴這個屬性的綁定的重新評估。這個系統(tǒng)的缺點是，它可能會導(dǎo)致不必要的綁定表達式的評估。一個例子是一個被綁定為width*height的屬性區(qū)域。如果寬度和高度都被分配了新的值，面積就會被計算兩次，盡管只有第二個結(jié)果會被使用。

因此，在 Qt 6 中，我們使用了延遲綁定評估。這意味著我們遞歸地將所有依賴于屬性的綁定標(biāo)記為 dirty。然后，屬性獲取器檢查該 dirty 標(biāo)志，如果它為真，則重新評估綁定表達式，然后將結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)中并清除 dirty 標(biāo)志。

這就是QProperty現(xiàn)在的簡化視圖。

template <typename T>
class QProperty
{
    T val;
    QPropertyBindingData d;
public:
    T value() const { 
        if (d.hasBinding())
            d.evaluateIfDirty(this);
        d.registerWithCurrenlyEvaluatingBinding();
        return this->val;
    }
    void setValue(const T &t) { 
        d.removeBinding();
        if (this->val == t)
            return;
        this->val = t;
        notify();
    }
};     

這里發(fā)生的事情是，getter檢查我們是否有一個綁定，如果有，則重新評估它。之后，作為第二步，它將自己與任何可能正在評估的綁定進行注冊。setValue()與之前相當(dāng)類似。如果新舊值相同，我們就會快捷設(shè)置器，以避免這種情況下的綁定重新評估。如果設(shè)置了新的值，我們就調(diào)用notify()，而notify()又會將所有依賴于這個屬性的綁定標(biāo)記為dirty。

 還有很多細(xì)節(jié)需要我們?nèi)ソ鉀Q。例如，依賴注冊使用線程本地存儲來了解當(dāng)前正在評估的綁定。如果你想知道所有的細(xì)節(jié)，請看Qt 6中QProperty的實現(xiàn)。

通知和變更處理程序

除了設(shè)置綁定外，QProperty還允許為屬性注冊變化處理程序。使用QProperty的onValueChanged()或subscribe()方法，可以注冊一個回調(diào)，每當(dāng)屬性的底層值發(fā)生變化時，這個回調(diào)就會被調(diào)用。

當(dāng)屬性的值通過調(diào)用setter而改變時，或者當(dāng)屬性的綁定因為它的一個依賴關(guān)系改變而被標(biāo)記為dirty時，回調(diào)將被調(diào)用。

回顧上面概述的目標(biāo)，你可能已經(jīng)注意到，QProperty的實現(xiàn)并沒有解決Qt 6中綁定引擎的所有目標(biāo)。它的性能確實非常好（見下面進一步的性能數(shù)據(jù)），而且它只是在沒有使用綁定時增加了一個小的開銷。這個開銷主要是在getter中檢查我們是否有綁定和對當(dāng)前正在評估的綁定進行TLS查找，在setter中快速檢查依賴關(guān)系。

但它確實給每個屬性帶來了不可忽視的額外4到8個字節(jié)的內(nèi)存開銷，而且它也沒有和QObject中現(xiàn)有的屬性系統(tǒng)集成。接下來我們來看看這些是如何解決的。

雖然現(xiàn)在的QProperty可以獨立使用，也可以在任何類中使用，但我們希望有一個能與QObject中現(xiàn)有的屬性系統(tǒng)無縫集成、兼容的東西。這個系統(tǒng)是圍繞QObject的屬性建立的，只是在類定義中擁有一個setter和一個getter作為公共成員。這如何用數(shù)據(jù)來支持有些無關(guān)緊要。

為了支持這些屬性的數(shù)據(jù)綁定，我們需要看看如何調(diào)整QProperty的想法來適應(yīng)這里。

我們最終得到的是一個實現(xiàn)屬性的QObject公共API的簡單擴展。

class MyObject : public QObject
{
    Q_PROPERTY(int x GET x SET setX BINDABLE bindableX)
    // the line below was “int xData;” in Qt 5
    Q_OBJECT_BINDABLE_PROPERTY(MyObject, int, xData)
public:
    int x() { return xData; }
    void setX(int x) { xData = x; }
    QBindable<int> bindableX() { return &xData; }
};

紅色標(biāo)記的部分是Qt 6中的新內(nèi)容。正如你所看到的那樣，在Qt 6中，使一個屬性可綁定所需的改動相對較少。簡單的用于存儲數(shù)據(jù)的 "int xData; "被一個實現(xiàn)綁定邏輯的宏所取代，即QProperty作為一個獨立類所做的一些事情。此外，我們增加了一個新的bindableX()方法，該方法返回一個QBindable<int>，并在Q_PROPERTY宏中告訴元對象系統(tǒng)。

QBindable<T>是一個輕量級接口，它提供了QProperty中也有的附加功能。它允許設(shè)置和檢索綁定并注冊通知。例如，在MyObject的x屬性上設(shè)置一個綁定可以通過調(diào)用來實現(xiàn)。

myObject-> bindableX（）。setBinding（[otherObject]（）{ 
    return otherObject-> x（）+ otherObject-> width（）; 
}  

使用這些宏以及我們知道QObject正在使用它的事實有兩個優(yōu)點。與QProperty不同，Q_OBJECT_BINDABLE_PROPERTY不會增加任何內(nèi)存開銷。宏實現(xiàn)的對象的大小與要存儲的數(shù)據(jù)的大小相同。這是通過將綁定數(shù)據(jù)移到整個QObject實例的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（按需分配）中來實現(xiàn)的。

它使查找綁定的速度稍微慢一些，但是另一方面，由于在QObject中具有按需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此我們可以避免對當(dāng)前正在執(zhí)行的綁定進行TLS查找。這也意味著，當(dāng)不使用綁定程序?qū)etter和getter進行指針查找和比較時，可以減少運行時開銷。

讓我們快速看一下它是如何實現(xiàn)的。為了允許在QObject屬性中使用綁定，上面的Q_OBJECT_BINDABLE_PROPERTY宏擴展為兩件事。首先，它在對象內(nèi)部定義了一個靜態(tài)成員函數(shù)：

static constexpr size_t _qt_property_cData_offset()
{
    return offsetof(MyObject, xData);
}

然后，此方法允許被用作下一行中定義的QObjectBindableProperty實例的模板參數(shù)：

QObjectBindableProperty <MyObject，int，MyObject :: _qt_property_cData_offset> xData;

這樣做的結(jié)果是，我們現(xiàn)在有了一個方法，可以從屬性數(shù)據(jù)的this指針計算出擁有屬性數(shù)據(jù)的QObject的this指針。這個東西我們又用來從QObject中檢索一個QBindingStorage指針。這個指針可能是空的，在這種情況下，我們有快速路徑，在這個對象上沒有使用綁定。否則，我們在QBindingStorage中查找QProperty內(nèi)置的QPropertyBindingData。一旦我們檢索到一個有效的綁定數(shù)據(jù)的指針，QObjectBindableProperty基本上就會進行和QProperty一樣的操作。

向后兼容

像Qt 5一樣使用changeSignal（）作為通知實現(xiàn)的屬性將繼續(xù)像以前一樣工作。這意味著它們可以與Qt Quick中的綁定一起使用，但不能與C ++中的綁定一起使用。但是，他們還將繼續(xù)使用即時綁定評估。

為了獲得新系統(tǒng)的全部好處，您應(yīng)該考慮將綁定支持添加到您自己的屬性中。這將使它們可以從C ++綁定，并且在大多數(shù)情況下將開始使用延遲綁定評估。向QObject的現(xiàn)有屬性添加綁定支持是100％向后兼容的。

Qt 6本身的大多數(shù)屬性仍未移植為也不支持新的綁定引擎。我們計劃在Qt 6.1和6.2中實現(xiàn)這一點。

基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

 我們先來看看不使用綁定時屬性讀寫的性能。這一點很重要，因為我們不希望現(xiàn)有代碼出現(xiàn)較大的回歸。為了測試，我們看一個整數(shù)屬性。這測試的是最壞的情況，因為讀寫一個整數(shù)的速度是最快的，因此結(jié)果將最清楚地顯示任何增加的項。

表中顯示了結(jié)果，測試了幾個案例。第一個是用Qt 5的方式實現(xiàn)的一個屬性，有g(shù)etter、setter和一個變化的信號。接下來的兩行使用Q_OBJECT_BINDABLE_PROPERTY使屬性可綁定。在一種情況下，我們沒有添加Qt 5風(fēng)格的改變信號（因為新系統(tǒng)并不依賴它們），另一種情況下，為了向后兼容，仍然發(fā)出一個改變信號。最后一行顯示了QProperty的表現(xiàn)。

正如你所看到的，我們對于getter的速度慢了10%左右（但請注意，舊式屬性的getter擴展為一個包含三條指令的函數(shù)調(diào)用）。對于最常見的屬性沒有變化信號的情況，setter要快40%。QProperty稍微慢一些，因為它需要做一個TLS查找。

對于基于QString的屬性來說，差異會小得多，所以我們可以得出結(jié)論，在沒有使用綁定的情況下，我們成功地添加了對綁定的支持，而沒有顯著的開銷。

現(xiàn)在讓我們看看綁定的性能如何。為此，我們使用一個整數(shù)屬性與另一個整數(shù)屬性的簡單直接綁定。我們有兩個測試案例，一個案例是我們連續(xù)設(shè)置第一個屬性，然后讀取第二個屬性的值。在第二個案例中，我們只對第一個屬性進行寫入，但從不讀取第二個屬性。每一個案例，我們都分成兩個子案例，一個是我們通過QObjects通用屬性接口（setProperty()和property()）讀寫值，一個是我們使用C++ setter和getter。

然后，我們?yōu)榕f式屬性以及支持直接綁定的新屬性運行這些測試用例。

讓我們從一個用QML定義的綁定開始，并像在Qt 5中一樣進行評估。

雖然Qt 5中的QML為某些選定的屬性提供了一些快捷方式，但某些屬性可能最終會通過QObject的通用屬性接口進行訪問。該表第一行中的數(shù)字反映了我們在Qt 5.15中可以獲得的最壞情況和最好情況。

其他行顯示了我們在Qt 6中可以獲得的性能。您會看到，在每次寫入之后都進行一次讀取的情況與Qt 5中的時間大致相同。這是可以預(yù)期的，因為我們需要對Qt 5進行處理。同樣的工作量。但是在所有情況下，在有多次寫入的情況下，在我們再次需要該屬性的值之前，新系統(tǒng)在一定程度上擊敗了舊系統(tǒng)。

讓我們看一下在C ++中設(shè)置綁定時會發(fā)生什么。由于舊的屬性系統(tǒng)無法做到這一點，因此我們在此處通過將lambda連接到設(shè)置了新值的更改信號來對其進行仿真。應(yīng)該注意的是，這不能替代綁定，因為它根本無法擴展到更復(fù)雜的綁定表達式，并且需要大量的手動設(shè)置才能捕獲所有依賴項。

結(jié)論

Qt 5中的綁定引擎使Qt Quick如此成功。有了Qt 6，我們現(xiàn)在已經(jīng)把這個引擎從Qt Quick中移到了Qt的核心，并且讓它也能為C++開發(fā)者所用。

在這樣做的同時，我們成功地實現(xiàn)了比 Qt 5 中的性能的顯著提高。盡管如此，仍未完成工作，因為庫中的大多數(shù)屬性仍需要移植到新系統(tǒng)上。

好了這就是今天的內(nèi)容了，如果今天的文章未解決你的需求，點擊獲取更多文章教程。不要忘了在評論與我們分享您的想法和建議。