【Qt源码笔记】深谈 Qt 绘制

之前写了一篇 浅谈Qt控件绘制 。之所以叫浅谈是因为调用都是比较表层的调用。其实 Qt 的绘制，可以说用 Qt 的人都有用到，但是对于绘制底层，了解的人并不见得很多。我其实之前也是云山雾罩，从来没有深究过。所以想着知其然还是要知其所以然。

结论

在 Windows 平台 默认的 Qt 绘制，最终到底层，是直接调用指令集指令的，这有别于我最初的猜测，我以为是用 Windows API 。这着实让我吃了一惊。这让我对 Qt 的性能又放心了一些。

探究过程

其实研究这个，比其他的更好溯源。附上三段堆栈信息。

 	Qt5Guid.dll!BLEND_SOURCE_OVER_ARGB32_AVX2(unsigned int * dst, const unsigned int * src, const int length) 行 184	C++
 	Qt5Guid.dll!qt_blend_argb32_on_argb32_avx2(unsigned char * destPixels, int dbpl, const unsigned char * srcPixels, int sbpl, int w, int h, int const_alpha) 行 253	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEnginePrivate::drawImage(const QPointF & pt, const QImage & img, void(*)(unsigned char *, int, const unsigned char *, int, int, int, int) func, const QRect & clip, int alpha, const QRect & sr) 行 1057	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::drawImage(const QPointF & p, const QImage & img) 行 2250	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::drawPixmap(const QPointF & pos, const QPixmap & pixmap) 行 2128	C++
 	Qt5Guid.dll!QPainter::drawPixmap(const QPointF & p, const QPixmap & pm) 行 5079	C++
 	Qt5Guid.dll!QPainter::drawPixmap(const QPoint & p, const QPixmap & pm) 行 796	C++
	
	------------------
	
	Qt5Guid.dll!alphargbblend_argb32(unsigned int * dst, unsigned int coverage, const QRgba64 & srcLinear, unsigned int src, const QColorProfile * colorProfile) 行 5771	C++
 	Qt5Guid.dll!qt_alphargbblit_argb32(QRasterBuffer * rasterBuffer, int x, int y, const QRgba64 & color, const unsigned int * src, int mapWidth, int mapHeight, int srcStride, const QClipData * clip, bool useGammaCorrection) 行 5878	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::alphaPenBlt(const void * src, int bpl, int depth, int rx, int ry, int w, int h, bool useGammaCorrection) 行 2723	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::drawCachedGlyphs(int numGlyphs, const unsigned int * glyphs, const QFixedPoint * positions, QFontEngine * fontEngine) 行 2976	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::drawTextItem(const QPointF & p, const QTextItem & textItem) 行 3183	C++
 	Qt5Guid.dll!QPainterPrivate::drawTextItem(const QPointF & p, const QTextItem & _ti, QTextEngine * textEngine) 行 6531	C++
 	Qt5Guid.dll!QTextLine::draw(QPainter * p, const QPointF & pos, const QTextLayout::FormatRange * selection) 行 2615	C++
 	Qt5Guid.dll!qt_format_text(const QFont & fnt, const QRectF & _r, int tf, const QTextOption * option, const QString & str, QRectF * brect, int tabstops, int * ta, int tabarraylen, QPainter * painter) 行 7702	C++
 	Qt5Guid.dll!QPainter::drawText(const QRect & r, int flags, const QString & str, QRect * br) 行 5955	C++

    -------------------

	Qt5Guid.dll!qt_memfill32(unsigned int * dest, unsigned int value, int count) 行 262	C++
 	Qt5Guid.dll!qt_memfill<unsigned int>(unsigned int * dest, unsigned int color, int count) 行 901	C++
 	Qt5Guid.dll!blend_color_argb(int count, const QT_FT_Span_ * spans, void * userData) 行 4347	C++
 	Qt5Guid.dll!qt_span_fill_clipRect(int count, const QT_FT_Span_ * spans, void * userData) 行 4229	C++
 	Qt5Guid.dll!QSpanBuffer::flushSpans() 行 112	C++
 	Qt5Guid.dll!QSpanBuffer::~QSpanBuffer() 行 87	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterizer::rasterizeLine(const QPointF & a, const QPointF & b, double width, bool squareCap) 行 1191	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::fillRect(const QRectF & r, QSpanData * data) 行 1858	C++
 	Qt5Guid.dll!QRasterPaintEngine::fillRect(const QRectF & r, const QBrush & brush) 行 1882	C++
 	Qt5Guid.dll!QPainter::fillRect(const QRect & r, const QBrush & brush) 行 6971	C++

只要从绘制代码，单步调试即可找到指定地点。不过最终使用的指令集却并不一样。有的用 avx2 、有的则是用 sse2 。如果想探究指令集部分的使用，需要到源码目录 qtbase\src\gui\painting ，根据目录下代码文件名即可知道是哪种指令集，一目了然。

回过头来再看上边的那些函数调用。其实不难发现，所有的绘制在中间都必然要经过QPaintEngine。QRasterPaintEngine只不过是它的一个派生，这个后边再说。而 QPaintEngine 根据所要绘制的内容，来区分绘制逻辑，比方说涂色采用填充 buffer 、统一刷新的方式；字体绘制要调用字体图元相关绘制逻辑等等。

所有的表层绘制都要经过绘制引擎来向下传递绘制信息。这是 Qt 作为一个高级框架的闪光点，在其他的 Qt 模块也有类似发现，比如控件的绘制上。这样看来 Qt 这个框架能给我们的，除了代码逻辑本身，还有设计。

意外收获

在整个代码探究的过程，我发现了这样一段代码，可以说是非常惊喜了。

    if (pd->devType() == QInternal::Pixmap)
        static_cast<QPixmap *>(pd)->detach();
    else if (pd->devType() == QInternal::Image)
        static_cast<QImage *>(pd)->detach();

    d->engine = pd->paintEngine();

这段代码是QPainter::begin()中的代码。当时是在研究QWidget的绘制过程中，走到了这里。只看代码很难体验它的神奇之处。

pd 在前边是 QWidget 的一个指针，当经过这个 if 语句之后，pd 就变成了一个 QImage 指针。这不可谓之不神奇。对于稍微对 Qt 源码有一些理解的同学对 detach() 并不陌生，它本是 Qt 中最常用的 Copy-on-Write 的实现。不过经常用于在类的成员方法中调用，今天看到它这种用法着实惊艳到了。至于为什么这种用法可行，这也是一个可研究的点，有时间，将其整理出来。这段代码算是研究绘制过程中的一个小礼物，这也解开了QWidget绘制的本质。至于QWidget的绘制，也是一个很有意思的东西了，以后有机会详细整理一下。

附注

之前我说QRasterPaintEngine只是QPaintEngine的派生类。我也说 Windows 平台下默认的 Qt 绘制是使用指令集的。原因就在于默认条件下，绝大部分的QPaintDevice是选择用QRasterPaintEngine的，这里我说绝大部分是因为，我没有完整的看过所有派生自QPaintDevice的类的代码。而选择用何种QPaintEngine具体逻辑可以以QImage为例：

QPaintEngine *QImage::paintEngine() const
{
    if (!d)
        return 0;

    if (!d->paintEngine) {
        QPaintDevice *paintDevice = const_cast<QImage *>(this);
        QPaintEngine *paintEngine = 0;
        QPlatformIntegration *platformIntegration = QGuiApplicationPrivate::platformIntegration();
        if (platformIntegration)
            paintEngine = platformIntegration->createImagePaintEngine(paintDevice);
        d->paintEngine = paintEngine ? paintEngine : new QRasterPaintEngine(paintDevice);
    }

    return d->paintEngine;
}

简而言之就是取决于QGuiApplicationPrivate::platformIntegration()的返回值。至于这个调用相关的，那是有关 QPA 的范畴了，就不再这篇赘述了。有时间再整理 QPA 相关的内容出来。

后记

对于 Qt 绘制的深入探究，可以说是受益匪浅，这篇文章只是描述了冰山一角，其实整个流程比这个简要概括要高级的多。从研究 Qt 源码至今，对整个 Qt 项目的感受与评价，已和往日截然不同。而网上大部分人对 Qt 的评价，其实在我看来，无异于盲人摸象。只有对源码稍有了解的人，才知道 Qt 这个项目，对于客户端开发人员的价值。