一种基于插件的QT软件开发架构

我发现，老外把插件玩得特别转。比如，程序员开发神器 Visual Studio Code，你很难把它定义为一款编辑器。通过丰富的插件，不仅可以作为各种编程语言的 IDE，甚至有人把它打造成摸鱼神器，听歌、看股市行情、玩小游戏 ...

其实早在 Unix 时代，在 VI 和 EMACS 在争夺编辑器老大地位的时候，就有人戏称 EMACS 是伪装成编辑器的操作系统，这也是得益于插件机制，只要你能想到的功能，都可以加入到 EMACS 中。

不过回想这么多年的软件开发经历，还真没有怎么使用过插件机制开发软件产品。唯一的一次是刚毕业那会，做了一个任务调度系统，使用到了插件。不过做得比较粗糙，主程序框架实现任务调度，任务的执行通过 dll 形式的插件。一般来说插件架构的实现需要使用到反射机制和类型系统，而 C++ 在这方面比较弱。还记得当时使用了比较土的方法，dlopen 一个 dll，然后通过 dlsym 方法来判断是否实现了接口。

最近思考插件式软件开发架构，是为了解决软件开发的难题。目前碰到的难题有：

1、各种定制化版本非常多，所以代码中充斥着大量的宏定义。各种面向特殊场景的代码交织在一起，维护起来非常头大，真的是改一处牵动全身。

2、随着各种功能不断加入，像摊大饼一般，软件慢慢膨胀，越来越难以维护。

3、功能迁移非常困难，就拿语音识别来说，之前可能使用的第三方 API，如果现在希望改用开源大模型，很难平稳迁移到新的实现方法上。

而插件式开发，可以在一定程度上解决上面的问题。它允许用户在应用程序运行时通过插拔的方式扩展其功能，并且不需要重新编译整个应用程序。

• 可扩展性：插件可以提供新的功能或修改现有功能，从而使应用程序更加灵活和可扩展。例如，一个音乐播放器应用程序可以通过插件来添加新的播放格式、新的音效效果或新的皮肤。这样，应用程序可以满足不同用户的需求，而不需要重新编译整个应用程序。

• 可维护性：插件可以独立开发和维护，从而简化了应用程序的维护工作。例如，一个电子商务应用程序可以通过插件来添加新的支付方式或新的物流方式。如果支付方式或物流方式发生变化，只需要更新相应的插件即可，而不需要修改整个应用程序。

• 可测试性：插件可以独立测试，从而提高了应用程序的测试效率。例如，一个游戏应用程序可以通过插件来添加新的游戏模式或新的游戏角色。如果游戏模式或游戏角色发生变化，只需要测试相应的插件即可，而不需要测试整个应用程序。

使用 QT 开发，可以借助 QT 的元对象系统，非常方便的实现可插拔的软件架构。之前写过一篇文章《QT中的元对象系统》，这里就不展开。此外，QT 还提供了一套插件开发框架，使得插件开发更加方便。

QT插件架构由以下几个主要组件构成：

1. 插件接口：定义了插件的接口，包括插件提供的功能和方法。QT提供了两种方式来定义插件接口：

• 使用Q_DECLARE_INTERFACE()宏：Q_DECLARE_INTERFACE()宏可以定义一个纯虚接口类。插件需要继承该接口类，并实现接口类中的纯虚函数。

• 使用Q_PLUGIN_METADATA()宏：Q_PLUGIN_METADATA()宏可以定义一个插件元数据文件。插件元数据文件中包含插件的名称、版本、作者、描述等信息，以及插件提供的功能和方法。

2. 插件管理器：负责加载、管理和卸载插件。QT提供了QPluginLoader类来实现插件管理器。

3. 插件容器：存储插件对象。QT提供了QPluginCollection类来实现插件容器。

QT插件架构的具体工作流程如下：

1. 应用程序启动时，加载插件管理器。

2. 插件管理器扫描指定目录中的所有插件文件。

3. 插件管理器根据插件接口来加载插件。

4. 插件管理器将插件对象存储到插件容器中。

5. 应用程序通过插件管理器来访问插件对象。

最后，需要提一句，软件开发中没有银弹。为了满足各种需求，软件必然会越来越复杂。不管采用何种软件开发架构，都避免不了软件越来越复杂的事实。

采用插件式开发，也会面临新的问题，那就是插件的管理。

VS Code 和 Chrome 浏览器使用了插件商店来管理插件，面相的用户也是比较有经验的开发人员。而一般情况下我们不大可能去开发一套插件商店，而且面相 C 端用户，需要的是一站式解决方案。用户可不会自己去找插件、升级插件，这个时候就需要一套灵活的自动化打包机制以及智能更新机制。

实现上的灵活性也会带来一定的复杂性，比如插件之间的数据共享、插件之间的通信，都是开发过程中需要面临的问题。

关于插件式开发，大家有什么心得，欢迎探讨。