Qt之高DPI显示器(二) - 自适配解决方案分析

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最近一直在处理高DPI问题，也花费了不少功夫，前前后后使用了多种解决方案，各种方案也都有利弊，笔者最终采用了自适配方案，虽然复杂一些，但是结果可控。这里把处理的过程记录下来，留给有同样需求的同学

一、回顾

上一篇文章Qt之高DPI显示器(一) - 解决方案整理讲述了笔者处理高DPI显示的一系列分析过程，为了更好的阅读和排版，其中有一些实验方案没有具体写出，即使写出来也没有多大用处，而且会影响大家阅读。

本篇文章将会接着上一篇文章的最后一小节-自适配高DPI进行讲解，由于内容比较多，而且整个解决方案代码量也会相当大，因此文章中也只会涉及到整个DPI适配架构的核心和一些关键代码，有疑问欢迎提问

上一篇文章提到了T窗口，那么什么是T窗口呢！下面我们来具体分析。

这里笔者贴一个适配完成以后的TWidget类，大家可以先分析分析，也可以猜猜看，每一处代码的具体含义。所有代码细节笔者后边会具体分析每一处细节

//函数声明
//xxx.h
#define CreateTWidget() CreateObject(Widget)
class TWidget : public QWidget, public ICallDPIChanged
{
    Q_OBJECT

public:
    TWidget(float scale, QWidget * parent = nullptr);
    TWidget(QWidget * parent = nullptr);//不建议使用
    TWidget(QWidget * parent, Qt::WindowFlags f);//不建议使用
    ~TWidget();

public:
    //重写大小变化相关函数
    DECLARE_RESIZE();
    void setLayout(QLayout * layout);

public:
    //QWidget
    virtual bool nativeEvent(const QByteArray &eventType, void *message, long *result)override;

    //ICallDPIChanged
    DECLARE_DPI();

    //TWidget
    virtual void AdjustReiszeHandle();

    DECLARE_DPI_SYMBOL;

protected:
    WidgetResizeHandler resize_handler;// 用于支持放大缩小 拖拽 等功能

private:
    TigerUILib::ReiszeActions m_sizeActions;
    QSize m_size;
    QSize m_minimumSize;
    QSize m_maximumSize;
    ICallDPIChanged * m_pLayout = nullptr;//DPI发生变化时 通知布局
};

//函数实现
//xxx.cpp
TWidget::TWidget(float scale, QWidget * parent)
    : QWidget(parent)
    , dpi_scale(scale)
{
}

TWidget::TWidget(QWidget * parent /*= nullptr*/)
    : QWidget(parent)
{
    dpi_scale = WINDOW_SCALE;
}

TWidget::TWidget(QWidget *parent, Qt::WindowFlags f)
    : QWidget(parent, f)
{
    dpi_scale = WINDOW_SCALE;
}

TWidget::~TWidget()
{
    DPIHelper()->RemoveDPIRecord(WINDOW_WINID);
}

void TWidget::setLayout(QLayout * layout)
{
    WIDGET_RELEATE_LAYOUTS(layout);

    __super::setLayout(layout);
}

DEFINE_RESIZE(Widget);
DEFINE_DPI(Widget);

bool TWidget::nativeEvent(const QByteArray &eventType, void *message, long *result)
{
    MSG* pMsg = reinterpret_cast<MSG*>(message);

    switch (pMsg->message)
    {
    case WM_DPICHANGED:
    {
        DWORD dpi = LOWORD(pMsg->wParam);
        WId id = WINDOW_WINID;
        if (DPIHelper()->DPIChanged(dpi, id))
        {
            ScaleChanged(DPIHelper()->GetDPIScale(id));
            RefrushSheet(this, id);
        }
    }
    }

    return __super::nativeEvent(eventType, message, result);
}

void TWidget::ScaleChanged(float scale)
{
    DEFINTE_SCALE_RESIZE(Widget);
    if (m_pLayout)
    {
        m_pLayout->ScaleChanged(scale);
    }
    AdjustReiszeHandle();
}

void TWidget::AdjustReiszeHandle()
{
    if (resize_handler.isWidgetMoving())
    {
        resize_handler.dpiChanged(WINDOW_SCALE);
    }
}

二、框架说明

用一段话描述一下DPI适配方案？

答：笔者提到的DPI适配方案其实原理很简单，没有想象中那么复杂，方案也是中规中矩，其中遵守以下这么几条大的原则

1. 首先就是window窗体自己去监测自身所在屏幕DPI发生变化，发生变化时通知布局进行缩放
2. 局部缩放后，然后对自身所包含的widget窗体和布局进行缩放
3. 不在布局中的窗体需要单独去控制缩放

是不是说起来很简单，但是要实现这么一个流程还是有一些难度的，首先考虑的就是效率，如果做完效率跟不上那么一切都是瞎扯。

为了更好的效率，笔者也是做了不需要的优化，优化的内容不在本篇文章中进行讨论，后续会单独分出一篇文章说明

下面是两个DPI适配框架的核心接口类，分别是DPI发生变化时的回调接口类和DPi管理接口类

struct ICallDPIChanged
{
    virtual void ScaleChanged(float scale) = 0;
    virtual WId GetWID() const = 0;
    virtual void SetScale(float scale) = 0;
};

#define STANDARD_DPI 96.0
struct IDPIHelper
{
    virtual bool DPIChanged(unsigned short, WId) = 0;
    virtual void RemoveDPIRecord(WId) = 0;//移除指定native窗体的DPI记录 一般用于native窗体析构时
    virtual float GetDPIScale(WId) const = 0;
    virtual float GetOldDPIScale(WId) const = 0;
    virtual QString GetStyleSheet(WId) const = 0;//获取指定DPI下的样式表
    virtual float GetScaleNumber(float, WId) const = 0;//获取指定DPI下的数值 缩放后数值
    virtual QList<WId> GetAllWindowID() const = 0;//获取所有自己加载过皮肤的窗口ID

    //优化接口 主要是为了适配用户主机只有一种DPI时使用
    virtual bool IsOnlyOneDPI() const = 0;//获取用户主机是否只有一种DPI
    virtual void RefrushDPIRecords() = 0;//显示器数量发生了变化 刷新历史显示器DPI记录
    virtual void SetDefaultScale(float scale) = 0;//设置缺省DPI值 当显示器dpi只有一种时刷新
    virtual float GetDefaultScale() const = 0;//获取缺省DPI缩放值 只有当机器上所有的显示器为统一dpi时起作用
};

IDPIHelper * GetDPIHelper();
#define DPIHelper() GetDPIHelper()

1、ICallDPIChanged

dpi变化时回调类，当dpi发生变化时，通过该接口类中的ScaleChanged方法进行处理变动，比如说第一小节中的TWidget类，我们也重写了这个接口，在该接口中我们对窗体进行了大小适配和布局适配

对象声明中的函数声明使用了宏进行包装因此没有直接显示出来

void TWidget::ScaleChanged(float scale)
{
    DEFINTE_SCALE_RESIZE(Widget);
    if (m_pLayout)
    {
        m_pLayout->ScaleChanged(scale);
    }
    AdjustReiszeHandle();//如果窗体正在被拖拽需要适配拖拽的位置
}

2、IDPIHelper

IDPIHelper是整个DPi适配的核心模块，他负责整个DPI调度的核心功能，包括：DPI改变检测、获取指定window窗体缩放比、获取指定window窗体的qss内容和获取指定数值在不同DPI下的实际数值等。除过以上核心接口以外，笔者为了优化DPI适配效果，还增加了一系列优化接口，主要是针对用户主机只有一种DPI时所作的性能提升。

由于篇幅原因，这里把一些关键实现节点列出来

1、dpi变化入口

如下是dpi发生变化实现接口，函数中干了三件事

1. 首先监测dpi是否正在发生了变化，如果发生了变化则更新缓存中的window窗体的dpi缩放比
2. 接着读取window窗体中的qss标识生成新的qss样式字符串
3. 通知所有悬浮窗体管理器，适配所有悬浮窗体

悬浮窗体指没有布局的窗体，当悬浮窗体的父窗体dpi发生变化时，相应的悬浮窗体也需要进行适配

bool CDPIHelper::DPIChanged(unsigned short dpi, WId id)
{
#ifndef HIGHDPI_ENABLE
    return false;
#endif
    float scale = dpi / STANDARD_DPI;

    RefrushDPIRecords();

    if (m_pWindowScale.contains(id))
    {
        if (m_pWindowScale[id] == scale)
        {
            return false;
        }

        m_pWindowOldScale[id] = m_pWindowScale[id];
    }

    m_pWindowScale[id] = scale;

    QWidget * window = QWidget::find(id);
    m_strQssFile = window->property(QSS_FIlE).toString();
    if (m_strQssFile.isEmpty())
    {
        m_strQssFile = DEFAULT_QSS_FILE;
    }
    else
    {
        if (m_strQssFile.endsWith(DEFAULT_QSS_SUFFIX) == false)
        {
            m_strQssFile.append(DEFAULT_QSS_SUFFIX);
        }
    }

    RefrushTimesSheet(Skin::TypeDefault, id);
    RefrushTimesSheet(Skin::TypeLight, id);

    CFloatingWidgetMgr::getInstance()->dpiChanged(id, scale);
    return true;
}

2、获取指定DPI下的qss内容

void CDPIHelper::RefrushTimesSheet(Skin::SKIN_TYPE skin, WId id)
{
    float scale = GetDPIScale(id);

    int times = (int)(scale + 0.5001);//几倍图

    //如果基础qss不存在 则需要从硬盘中读取  
    //读取时按照向上取整进行读取qss文件
    //如果高分屏qss不存在 则读取一倍qss文件
    if (m_StyleSheets[skin].size() < times)
    {
        m_StyleSheets[skin].resize(times);
    }

    std::wstring filePath = ImagePath::GetSkinFilePath(skin, m_strQssFile.toStdWString(), times);
    if (QFile::exists(QString::fromStdWString(filePath)) == false)
    {
        filePath = ImagePath::GetSkinFilePath(skin, m_strQssFile.toStdWString());
    }
    QFile qss(QString::fromStdWString(filePath));
    qss.open(QFile::ReadOnly);
    if (qss.isOpen())
    {
        QString btnstylesheet = QObject::tr(qss.readAll());
        m_StyleSheets[skin][times - 1][SCALE_ENLARGE(m_strQssFile, scale)] = btnstylesheet;
        qss.close();
    }

    Q_ASSERT(m_StyleSheets[skin].size() > times - 1);
    
    //更新缓存中的换肤文件
    m_StyleSheetMap[skin][SCALE_ENLARGE(m_strQssFile, scale)] =
        QtTigerHelper::ScaleSheet(m_StyleSheets[skin][times - 1][SCALE_ENLARGE(m_strQssFile, scale)], scale);
}

3、悬浮窗体管理器

大多数的窗体都是在布局中完成的，但是也有一小部分的窗口不在布局中，需要单独去适配，这个时候就需要使用CFloatingWidgetMgr布局管理器。

/**
* 简介：悬浮窗口管理器 负责在DPI发生变化时通知悬浮窗口
        支持如下类型的悬浮窗口:
        TFrame TPushButton TLabel TTableView TWidget TDialog TMainWindow
*/
class CFloatingWidgetMgr : public QObject
{
    Q_OBJECT

public:
    static CFloatingWidgetMgr * getInstance();

public:
    void addWidget(QWidget * widget);

    /https://img.qb5200.com/download-x/dpi helper call
    void dpiChanged(WId id, float scale);

private:
    QSet<ICallDPIChanged *> m_pWidgets;
};

悬浮窗体适配高DPI也很简单，只需要把自己加入到悬浮窗体管理器中即可，是不是也很简单。

CFloatingWidgetMgr::getInstance()->addWidget(xxx);

三、方案分析

既然我们要重写Qt控件的非virtual接口，那么这个行为在C++语法上应该叫覆盖，要想调用我们覆盖的函数，使用多态肯定是不行的，聪明的你肯定也想到了，我们在使用界面类时，只能使用T打头的控件类声明对象，这样就会调用我们覆盖后的接口

上一篇文章大致说过，要自适配高DPI我们需要适配四个项目，分别是窗口大小、字体大小、间距和图标，那么接下来就开始我们的分析过程

1、窗口大小

要适配软件窗口大小，我们总共需要重写如下14个和大小相关函数，而且这只是大小相关的函数，也就是QWidget的接口，其他更复杂的接口需要针对具体的类去重写

void resize(int w, int h);void resize(const QSize &); void setFixedHeight(int w); 
void setFixedWidth(int w);void setFixedSize(int w, int h);void setFixedSize(const QSize &s);
void setMinimumSize(const QSize &);void setMinimumSize(int minw, int minh);
void setMinimumHeight(int minh);void setMinimumWidth(int minw);
void setMaximumSize(const QSize &);void setMaximumSize(int maxw, int maxh);
void setMaximumHeight(int minh);void setMaximumWidth(int minw);

Qt的界面类我粗略估计了下，至少有几十个，如果每一个类都需要去适配，那么工作量可想而知，因此笔者想了一个办法，做了一系列宏，像下面代码这样，只需要在我们想要适配的类中添加宏即可

//函数声明
#define DECLARE_RESIZE()\
    void resize(int w, int h);void resize(const QSize &); void setFixedHeight(int w); \
    void setFixedWidth(int w);void setFixedSize(int w, int h);void setFixedSize(const QSize &s);\
    void setMinimumSize(const QSize &);void setMinimumSize(int minw, int minh);\
    void setMinimumHeight(int minh);void setMinimumWidth(int minw);\
    void setMaximumSize(const QSize &);void setMaximumSize(int maxw, int maxh);\
    void setMaximumHeight(int minh);void setMaximumWidth(int minw);\

实际使用过程类似第一小节那样，非常简单。

函数声明有了，接下来就是函数实现，方法类似，笔者还是写了一个宏来适配相关放大函数，代码下下面这样

//函数实现
#define DEFINE_RESIZE(name)\
    void T##name::resize(int w, int h){ m_sizeActions |= TigerUILib::RA_Resize; float scale = dpi_scale;    m_size = QSize(w, h);;__super::resize(m_size.width() * scale, m_size.height() * scale);}\
    void T##name::resize(const QSize & size){   m_sizeActions |= TigerUILib::RA_Resize; float scale = dpi_scale;m_size = size;__super::resize(m_size * scale);}\
    void T##name::setFixedHeight(int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_FixedHeight;float scale = dpi_scale;m_size.setHeight(h);__super::setFixedHeight(m_size.height() * scale);}\
    void T##name::setFixedWidth(int w){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_FixedWidth;float scale = dpi_scale;m_size.setWidth(w);__super::setFixedWidth(m_size.width() * scale);}\
    void T##name::setFixedSize(int w, int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_FixedSize;float scale = dpi_scale;     m_size = QSize(w, h);   __super::setFixedSize(m_size.width() * scale, m_size.height() * scale);}\
    void T##name::setFixedSize(const QSize & size){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_FixedSize;float scale = dpi_scale;   m_size = size;  __super::setFixedSize(m_size * scale);}\
    void T##name::setMinimumSize(const QSize & size){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MinimumSize;float scale = dpi_scale;m_minimumSize = size;  __super::setMinimumSize(m_minimumSize * scale);}\
    void T##name::setMinimumSize(int w, int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MinimumSize;float scale = dpi_scale; m_minimumSize = QSize(w, h);    __super::setMinimumSize(m_minimumSize.width() * scale, m_minimumSize.height() * scale);}\
    void T##name::setMinimumHeight(int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MinimumHeight;float scale = dpi_scale;m_minimumSize.setHeight(h); __super::setMinimumHeight(m_minimumSize.height() * scale);}\
    void T##name::setMinimumWidth(int w){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MinimumWidth;float scale = dpi_scale;      m_minimumSize.setWidth(w);  __super::setMinimumWidth(m_minimumSize.width() * scale);}\
    void T##name::setMaximumSize(const QSize & size){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MaximumSize;float scale = dpi_scale;   m_maximumSize = size;   __super::setMaximumSize(m_maximumSize * scale);}\
    void T##name::setMaximumSize(int w, int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MaximumSize;float scale = dpi_scale; m_maximumSize = QSize(w, h);    __super::setMaximumSize(m_maximumSize.width() * scale, m_maximumSize.height() * scale);}\
    void T##name::setMaximumHeight(int h){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MaximumHeight;float scale = dpi_scale;    m_maximumSize.setHeight(h); __super::setMaximumHeight(m_maximumSize.height() * scale);}\
    void T##name::setMaximumWidth(int w){m_sizeActions |= TigerUILib::RA_MaximumWidth;float scale = dpi_scale;  m_maximumSize.setWidth(w);  __super::setMaximumWidth(m_maximumSize.width() * scale);}

动态调整

仔细阅读DEFINE_RESIZE宏中的任意一个函数，就能发现每一个函数中都有一个TigerUILib::WidgetAction标记，表示该对象的此函数是否被调用过，标记之后有一个好处，那就是当我们软件所在屏幕的DPI发生变化时可以有针对性的去调用相关函数，下面是一个简单的测试代码。

if (testflag("setfixedWidth"))
{
    setFixedWidth(width * scale);
}

说到这里有必要介绍下DEFINTE_SCALE_RESIZE宏，如下代码，就不解释了一看应该都会明白

#define DEFINTE_SCALE_RESIZE(name)\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_FixedWidth)){Q##name::setFixedWidth(m_size.width() * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_FixedHeight)){Q##name::setFixedHeight(m_size.height() * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_FixedSize)){Q##name::setFixedSize(m_size * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_Resize)){ QSize newSize = m_size * scale;if(minimumSize().width() > newSize.width()){Q##name::setMinimumSize(newSize);}Q##name::resize(newSize);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MinimumSize)){Q##name::setMinimumSize(m_minimumSize * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MinimumHeight)){Q##name::setMinimumHeight(m_minimumSize.height() * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MinimumWidth)){Q##name::setMinimumWidth(m_minimumSize.width() * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MaximumSize)){Q##name::setMaximumSize(m_maximumSize * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MaximumHeight)){Q##name::setMaximumHeight(m_maximumSize.height() * scale);}\
    if (m_sizeActions.testFlag(TigerUILib::RA_MaximumWidth)){ Q##name::setMaximumWidth(m_maximumSize.width() * scale); }\
    dpi_scale = scale;

2、字体大小

Qt程序我们的字体大小都是在qss文件中进行标记，那么适配高DPI也就很简单了，只需要把96dpi下的数字大小按比例进行放大即可。

知道方法后，做起来就很简单了，只需要写一个字符串替换函数，把qss中的数值按比例放大即可，方法如下。

数值放大时有一个小技巧，那就是要做一个平滑处理，1.49px当做1px处理 1.5px当做2px，意思就是说在做数字当大的过程中，可能会出现小数，我们的原则是数值放大后加上0.50001然后取整数部分。

QString QtTigerHelper::ScaleSheet(const QString & sheet, float scale)
{
    if (sheet.isEmpty())
    {
        return sheet;
    }

    //1倍图时不需要做任何处理
    if (scale == 1.0)
    {
        return sheet;
    }

    //放大字体
    QString tempStyle = sheet;
    QRegExp rx("\\d+px", Qt::CaseInsensitive);
    rx.setMinimal(true);
    int index = -1;
    while ((index = rx.indexIn(tempStyle, index + 1)) >= 0)
    {
        int capLen = rx.cap(0).length() - 2;
        QString snum = tempStyle.mid(index, capLen);
        snum = QString::number(qRound(snum.toInt() * scale));
        tempStyle.replace(index, capLen, snum);
        index += snum.length();
        if (index > tempStyle.size() - 2)
        {
            break;
        }
    }

    return tempStyle;
}

3、间距

Qt中的布局有2中方式可以设置，可以在代码中通过接口设置，也可以通过qss进行设置，当然了这两种情况都需要适配。

布局的margin

记录调用了哪些设置大小的函数，在dpi发生变化时重新设置一遍，类似于窗口大小变化时所作调整

if (testflag("margin"))
{
    setContextMargin(...);
}

padding和margin

方式和放大字体一样，可以通过统一的时机去处理

读取原有qss文件，使用正则表达式生成scale版本的新qss文件。

4、图标

图标替换是一个相对来说比较复杂的事情，这里有必要细说一下。

首先是工程中需要额外添加2x和3x分辨率的图标，1x图标为正常情况下使用的图标，2x和3x图标分别是高分辨率下的图标

替换图标有两种情况，一种是使用qss方式贴的图，另一种是自绘贴的图

qss方式

预先生成高分辨率下的整数倍xxx_2x.qss和xxx_3x.qss文件，需要强调一下，2x和3xqss文件中的字号还是一倍程序中的字号，实际使用的时候在动态放大，如果想要程序的效率高一些可能还需要做一些缓存

自绘

如果是自绘文字和图片，那就需要自己控制缩放比，和图片压缩系数

缩放比： 绘制文字时需要放大的比例，计算方式为当前dpi值除以96.0，结果是一个浮点数，比如说1.5

压缩系数： 绘制图片的时候这里有一个小窍门，当我们绘制缩放比为小数情况时，需要使用距离较近的整数图片进行压缩绘制，这样的情况我们就需要使用压缩系数进行动态调整绘制图片的大小

float ImagePath::GetStretchFactor(float scale)
{
    if (scale < 1.5)
    {
        return scale;
    }
    else if (scale < 2.5)
    {
        return scale / 2;
    }
    else if (scale < 3.5)
    {
        return scale / 3;
    }
    else//缺省为3倍图拉伸
    {
        return scale / 3;
    }
}

以上就是DPI适配方案的大致思路了，因为篇幅原因没有针对每一个widget和layout进行详细说明，有需要的可以私聊。

四、相关文章

Qt之高DPI显示器(一) - 解决方案整理

PPI vs. DPI: 有什么区别?

High DPI Desktop Application Development on Windows

PROCESS_DPI_AWARENESS Enumeration

SetProcessDPIAware function：Win Vista开始支持的接口

SetProcessDpiAwareness function：Win8.1开始支持的接口

关于Windows高DPI的一些简单总结

如何开发新的Qt 5.7高DPI每监视器DPI感

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