（本文續(xù)上一篇《Qt底層原理：深入解析QWidget的繪制技術(shù)細(xì)節(jié)(1)》）

QWidget繪制體系為什么這么設(shè)計(jì)【重點(diǎn)】

在傳統(tǒng)的C++圖形界面框架中，例如DUILib等，控件的繪制邏輯往往直接在控件的類的內(nèi)部，例如PushButton的draw/paint的函數(shù)內(nèi)部，Qt的QWidget費(fèi)了老大勁，定義了一堆枚舉和基類，把大部分的繪制邏輯都抽離了具體的類，轉(zhuǎn)到了QStyle上。這種做法說實(shí)話，是有弊有利的。
下面是對(duì)利弊的詳細(xì)討論：

有利之處：

1. 提高繪制邏輯的復(fù)用性：

   • 在Qt中，繪制邏輯不是硬編碼在每個(gè)控件中的，而是通過QStyle這個(gè)中心化的類來處理的。這意味著，像在QListView中繪制按鈕這樣的任務(wù)，不需要?jiǎng)?chuàng)建QPushButton實(shí)例，而是通過QStyle來繪制具有按鈕視覺效果的元素。這樣，任何需要具有按鈕風(fēng)格的控件都可以復(fù)用這一段繪制代碼，大大提高了代碼的復(fù)用性。

2. 提高繪制邏輯的風(fēng)格化能力：

   • 由于QStyle負(fù)責(zé)所有控件的繪制細(xì)節(jié)，這使得統(tǒng)一應(yīng)用程序的風(fēng)格變得容易。開發(fā)者可以通過改變QStyle或者使用QStyleSheets來快速地修改應(yīng)用程序的風(fēng)格，而無需修改每個(gè)控件。這種能力使得開發(fā)者能夠更快地響應(yīng)設(shè)計(jì)的改變，并且為用戶提供一致的視覺體驗(yàn)。

3. 實(shí)現(xiàn)繪制邏輯和具體的控件類的解耦：

   • 在傳統(tǒng)的GUI框架中，繪制代碼通常與控件邏輯緊密耦合。Qt通過將繪制邏輯抽象到QStyle中，實(shí)現(xiàn)了繪制邏輯與控件類的分離。這樣的解耦使得開發(fā)者可以在不改變控件邏輯的情況下，通過修改QStyle或QStyleSheets來定制控件的外觀。這也為實(shí)現(xiàn)像QSS這樣的高級(jí)樣式特性奠定了基礎(chǔ)。

弊處：

1. 增加了繪制邏輯的復(fù)雜度：

   • Qt的這種抽象方式確實(shí)增加了學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)自定義繪制邏輯的復(fù)雜度。新加入的Qt開發(fā)者需要理解QStyle的工作原理以及如何與QStyleOption等類配合使用，這對(duì)于初學(xué)者而言可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2. 給繪制體系新增控件增加了難度：

   • 在Qt中，控件的繪制細(xì)節(jié)往往被封裝成枚舉類型，這些枚舉在整個(gè)QStyle體系中都有明確的定義。當(dāng)需要增加新的控件或者擴(kuò)展控件的功能時(shí)，可能需要在QStyle中添加新的枚舉值，并要求所有的QStyle實(shí)現(xiàn)都支持這個(gè)新的枚舉。這不僅增加了開發(fā)的難度，也可能導(dǎo)致現(xiàn)有的風(fēng)格類需要進(jìn)行大量的更新來適應(yīng)新的枚舉。

總結(jié)來說，Qt選擇這種設(shè)計(jì)，核心是2個(gè)考慮，第一個(gè)是性能，就如前面提到的，當(dāng)我們需要繪制一個(gè)按鈕的時(shí)候是不需要實(shí)例化按鈕類的，這給QListView的性能天花板打到比其他任何圖形界面框架都要高。另一個(gè)方面是實(shí)現(xiàn)非常接近原生的界面風(fēng)格元素，這也是Qt界面框架和其他界面框架獨(dú)特之處。Qt界面默認(rèn)情況下是可以達(dá)到以假亂真的原生效果，要實(shí)現(xiàn)如此高度的還原，還要保障繪制的性能，那么把所有繪制邏輯針對(duì)不同平臺(tái)提供高度的定制化是必然的做法，因此QStyle這套體系就形成了。

繪制雙緩沖細(xì)節(jié)

在Qt中，為了在繪制時(shí)不在屏幕出現(xiàn)繪制過程導(dǎo)致畫面閃爍，會(huì)采用雙緩沖機(jī)制。與此相關(guān)的一些類和組件包括：

1. QPixmap:
   QPixmap是一個(gè)用于處理圖像的類，通常用于離屏繪制（off-screen drawing）。它可以作為雙緩沖的后臺(tái)緩沖區(qū)使用，在這個(gè)緩沖區(qū)上進(jìn)行繪制操作，然后將其內(nèi)容一次性繪制到屏幕上。

2. QWidget:
   QWidget類有一個(gè)屬性，決定是否使用雙緩沖。默認(rèn)情決定了Qt是否為QWidget啟用雙緩沖。大多數(shù)情況下，Qt會(huì)自動(dòng)為所有的QWidget及其子類使用雙緩沖策略，但是開發(fā)者可以通過setAttribute(Qt::WA_PaintOnScreen)來修改這個(gè)行為。

3. QBackingStore:
   QBackingStore是Qt中負(fù)責(zé)管理窗口內(nèi)容的后臺(tái)存儲(chǔ)的類。它是Qt雙緩沖機(jī)制的核心組件之一，在窗口系統(tǒng)層面處理緩沖區(qū)。當(dāng)窗口或部件的內(nèi)容需要更新時(shí)，QBackingStore負(fù)責(zé)將緩沖區(qū)的內(nèi)容復(fù)制到屏幕上。

4. QPaintEngine:
   QPaintEngine是一個(gè)抽象基類，它定義了Qt繪圖操作的底層接口。具體的實(shí)現(xiàn)類，如QRasterPaintEngine，會(huì)使用雙緩沖技術(shù)來提高繪制效果和性能。

5. QWindow:
   在Qt中，QWindow代表了一個(gè)系統(tǒng)窗口。它可以使用QBackingStore來管理其內(nèi)容的雙緩沖，尤其是在Qt Quick中，QWindow是與平臺(tái)窗口系統(tǒng)交互的主要接口。

6. QScreen:
   QScreen類代表了應(yīng)用程序可以使用的顯示器。雖然它不直接參與雙緩沖，但是它提供了與屏幕相關(guān)的功能，包括分辨率、顏色深度等信息，這些信息可能會(huì)影響雙緩沖策略的選擇和優(yōu)化。

在Qt的繪制過程中，當(dāng)你在QWidget的paintEvent()方法中使用QPainter進(jìn)行繪圖時(shí)，你實(shí)際上是在繪制到一個(gè)離屏緩沖區(qū)。然后，該緩沖區(qū)的內(nèi)容會(huì)被復(fù)制到屏幕上。這個(gè)過程對(duì)于開發(fā)者來說是透明的，因?yàn)镼t框架在底層處理了所有的細(xì)節(jié)。

如果需要控制雙緩沖的行為，或者需要更深入地理解其實(shí)現(xiàn)，可以查看以上提到的類的文檔和源代碼。

需要注意的是，Qt Quick（基于QML的高級(jí)UI框架）與傳統(tǒng)的QWidget系統(tǒng)在渲染上有所不同。Qt Quick使用場(chǎng)景圖（scene graph）和通常基于OpenGL的渲染器進(jìn)行繪制，而不是使用傳統(tǒng)的QWidget繪制流程。盡管如此，QWindow和QBackingStore仍然在Qt Quick的窗口管理和屏幕渲染中發(fā)揮作用。

如何提高應(yīng)用程序的繪制性能

提高繪制性能通常涉及減少不必要的繪制工作和優(yōu)化繪制路徑。以下是一些策略來提高Qt控件的繪制性能：

1. 避免半透明和透明度：

   • 避免半透明的控件，因?yàn)樗枰~外的合成步驟。
   • 使用不透明的控件，設(shè)置屬性Qt::WA_OpaquePaintEvent。

2. 減少重繪區(qū)域：

   • 只重繪變化的部分，而不是整個(gè)控件。
   • 使用QWidget::update(const QRect&)來指定只重繪控件的一個(gè)子區(qū)域。
   • 避免不必要的update()調(diào)用。

3. 優(yōu)化繪制代碼：

   • 在paintEvent中避免復(fù)雜計(jì)算。
   • 使用簡(jiǎn)單的幾何圖形和操作，避免繪制復(fù)雜的圖形。
   • 避免在paintEvent中創(chuàng)建臨時(shí)對(duì)象。

4. 延遲更新：

   • 使用QWidget::update()而不是QWidget::repaint()，因?yàn)?code>update()會(huì)合并多個(gè)重繪請(qǐng)求，延遲到下一個(gè)事件循環(huán)中。

5. 使用雙緩沖：

   • Qt默認(rèn)使用雙緩沖來避免閃爍，確保此功能未被禁用。

6. 緩存繪制結(jié)果：

   • 對(duì)于不經(jīng)常變化的內(nèi)容，可以將其緩存到QPixmap或QImage中，然后在paintEvent中直接繪制這些緩存。

7. 減少布局調(diào)整：

   • 避免頻繁的布局改變，特別是包含大量控件的布局。

8. 使用QStaticText或QPixmap：

   • 對(duì)于不更改的文本，使用QStaticText可以提高繪制性能。
   • 對(duì)于重復(fù)使用的圖像，使用QPixmap進(jìn)行緩存。

9. 避免使用圖形效果：

   • 圖形效果如陰影、模糊等會(huì)增加繪制負(fù)擔(dān)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

10. 合理使用更新策略：

    • 對(duì)于自定義控件，使用QWidget::setUpdateRect()來定義更高效的更新策略。

11. 使用硬件加速：

    • 如果可能，利用OpenGL或Vulkan等進(jìn)行硬件加速繪制。

12. 多線程：

    • 對(duì)于復(fù)雜的圖像處理或準(zhǔn)備工作，可以在后臺(tái)線程中進(jìn)行，以免阻塞UI線程。

13. 調(diào)整渲染選項(xiàng)：

    • 使用QPainter的渲染提示來平衡質(zhì)量和性能。

14. 避免無效的層級(jí)結(jié)構(gòu)：

    • 減少嵌套層次和不必要的父子控件關(guān)系。

需要注意的是，性能調(diào)整往往需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來定制，因此推薦在做出調(diào)整后進(jìn)行充分的測(cè)試，以確保既達(dá)到了性能目標(biāo)，又保持了用戶界面的質(zhì)量和響應(yīng)性。

使用多線程繪制提高性能的例子

在Qt中，UI更新（包括繪制）必須在主線程（也就是UI線程）中完成。但是，我們可以在另一個(gè)線程中生成圖像數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送回主線程進(jìn)行顯示。下面是這種方法的主要流程：

1. 在工作線程中生成圖像：
   創(chuàng)建一個(gè)工作線程，在這個(gè)線程中進(jìn)行圖像的生成或處理，比如繪制到一個(gè)QImage或者QPixmap對(duì)象上。這可以通過直接在工作線程中創(chuàng)建圖像對(duì)象并使用QPainter來繪制。

2. 使用信號(hào)和槽傳輸圖像：
   當(dāng)圖像生成完畢，使用信號(hào)和槽機(jī)制將圖像從工作線程發(fā)送回主線程。這通常涉及到在工作線程中發(fā)射一個(gè)信號(hào)，攜帶生成的圖像作為參數(shù)。在主線程中，一個(gè)槽函數(shù)將會(huì)接收這個(gè)圖像。

3. 在主線程中顯示圖像：
   在主線程的槽函數(shù)中接收?qǐng)D像，并將其設(shè)置到一個(gè)控件上顯示。這可以是通過調(diào)用QLabel::setPixmap()設(shè)置QPixmap，或者在自定義控件的paintEvent()中使用QPainter::drawImage()來繪制QImage。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)化的代碼示例，展示了如何在工作線程中生成圖像，并在主線程中顯示：

// MyWorkerThread.h
#include <QThread>
#include <QImage>class MyWorkerThread : public QThread {Q_OBJECTpublic:MyWorkerThread(QObject *parent = nullptr) : QThread(parent) {}signals:void imageReady(const QImage &image);protected:void run() override {QImage image(100, 100, QImage::Format_ARGB32);QPainter painter(&image);// ... 在這里進(jìn)行繪制操作 ...emit imageReady(image);}
};// MyWidget.h
#include <QWidget>
#include <QImage>class MyWidget : public QWidget {Q_OBJECTpublic:MyWidget(QWidget *parent = nullptr) : QWidget(parent) {// Start the worker threadconnect(&workerThread, &MyWorkerThread::imageReady, this, &MyWidget::updateImage);workerThread.start();}~MyWidget() {workerThread.quit();workerThread.wait();}public slots:void updateImage(const QImage &image) {this->image = image;update(); // Schedule a repaint}protected:void paintEvent(QPaintEvent *event) override {QPainter painter(this);if (!image.isNull()) {painter.drawImage(0, 0, image);}}private:MyWorkerThread workerThread;QImage image;
};

在上面的例子中，MyWorkerThread類在一個(gè)工作線程中生成了一個(gè)QImage。一旦圖像生成完畢，它通過信號(hào)imageReady將圖像發(fā)送回主線程。MyWidget類有一個(gè)槽函數(shù)updateImage來接收?qǐng)D像，并使用update()方法請(qǐng)求重繪。在paintEvent()中，接收到的圖像被繪制在控件上。
當(dāng)在工作線程中使用QImage時(shí)，應(yīng)該使用線程安全的圖像格式，如QImage::Format_ARGB32。QPixmap是專門為顯示優(yōu)化的，并且通常不應(yīng)在非UI線程中使用。

通過這兩篇文章，相信大家對(duì)Qt的繪制體系有了總體上的印象，并且對(duì)Qt繪制體系的設(shè)計(jì)緣由也更加清晰。