Qt的Model/View Framework解析

      最近在看Qt的Model/View Framework，在网上搜了搜，好像中文的除了几篇翻译没有什么有价值的文章。E文的除了Qt的官方介绍，其它文章也很少。看到一个老外在blog中写道Model/View是他认为Qt中最不好的一部分了。真的是这样吗？为了回馈开源社区，我写了这篇blog，写的是我认为比较有价值的东东。题目起得是解析，但也没有特别细节的介绍，点到为止，有兴趣的Tx可以继续讨论。我所看的资料有《C++ GUI Programming with Qt 4, Second Edition》、Qt官网和Qt源代码。
      在UI中，最常用的就是list/grid/tree了（在Qt中，grid被称为table）。尤其是做那些数据库相关的程序，可能每个界面都要用到list或grid。在Qt中，它们被归为item view class。有两种实现，一种叫item based，这些类名以widget结尾，如QListWidget等。另一种叫model based，这些类以view结尾，如QListView等。
      item based widget使用起来很简单，与MFC中的CListCtrl/CTreeCtrl等差不多。这些类既是数据容器（data container），又负责显示（presentation），还要处理与用户的交互（user action）。但使用这些类的缺点就是在处理大量数据显示时显得力不从心。我记得使用CListCtrl的report mode显示超过5万条记录时需要等待很长时间。因为它要把所有的数据都拷贝进来，再显示，比如这个list一次只能显示50条记录，但它把剩下的49950条也拷贝进了内存，并为每条记录的显示都加上格式等额外的信息。我想这种实现对于专业的软件来说是无法接受的。那么怎么提高它们的性能呢？有些人想出了virtual list/grid。它们显示之前并不需要把所有的数据都装进来，如有5万条记录，刚开始时它显示前50条，显示哪条时去取哪条。也就是说后49950条它不管，当用户移动滚动条或上下键改变显示内容时，它会根据一系列参数计算出目前需要显示哪几条。如1000-1050条，那么再去取这几条数据显示。由于实现起来有一定的难度，所以很多MFC实现的virtual list/grid显示出来都是“素颜”的（能快速显示出来已经不错了）。当然，coding无止境，这种取数据的方式我们称为delayed fetch，如果实现不好的化，当电脑速度慢且用户急速拖滚动条时也有可能出现白屏、拖尾、模糊等情况。所以还可以做prefetch和caching来尽力避免这些情况。好了，这里铺垫的已经够多了，下面我们直奔主题。
      model based view就是我们今天要重点“解析”的。对应的UI类有QListView/QTreeView/QTableView。那么这些view与上面的widget有什么区别呢？名字就是最大的区别。widget本来就是指小东东，而view可是很“大气”的视图哦。那么这些view大哥是怎么显示的呢？下面就说说我不愿多说但又不得不说的一个设计模式：MVC (Model/View/Controller)，model代表数据(data set)，view代表显示(presentation)，controller处理与用户交互(user action)。MVC模式源自smalltalk，现在好像被用的很多了。它的作用其实是把上面介绍的类似CListCtrl这样的类解放出来，因为它们要干很多事情，太累了。还有就是对于有些程序员来说，实现一个功能复杂的类可能会力不从心。分成3个类每个类解决不同的问题可能更好实现。从软件工程的角度上讲，这种方式的decoupling可以降低系统风险。好了，关于MVC，大家想了解更多的话可以继续在网上搜索。
      模式是MVC，那么Qt是怎么实现的呢？我打开了Qt的官网介绍（http://qt.nokia.com/doc/4.6/model-view-programming.html）。我晕，看到了几十个类，而且很多都有继承关系。很容易让人迷失啊。不过不要紧，经过2天的学习，我对它们做了总结，见下图。Tx们可以从我这幅图开始，抓住该framework的主线，免得迷失在茫茫泪（类）海:-)

 
      一般来说，Model里面并没有真正存储数据（数据少的话也可以直接存储在Model里），它的数据是从真正的“肉(raw)”里取得，如一个disk file，或database的query result set等等。那么这个model究竟是干什么用的呢？说白了吧，它就是负责将“肉”数据获取并提供给view，然后将view所做的对“肉”数据的修改更新至真正的“肉”中。所以，读写文件、操作数据库、网络通讯等一系列与数据打交道的工作就在model中做了。有的时候“肉”可能真的很肥，所以model还有一项重要的工作就是把这些“肉”编号。这样就出现了Model Index这个非常重要的类。一般来说，它使用一个2维的编号（row/colum）来对“肉”编号。但对于tree这种有层次结构的数据来说，又加上一个parent index作为第3个编号。即一个父亲下面的叶子也是从0，0开始编号，获取model index的时候用递归来实现。OK，现在model已经有了一堆编好号码的“肉”了，谁来买啊？“肉”便宜了。。。。。。
      View适时出现，注意，很多view可以同时来买同一块“肉”。（汗，不开玩笑了，这篇blog快水了）。当view需要显示某些数据时，它们通过model index从model中获取数据（调用model的data函数，当model的data变化时，它也会自动发dataChanged signal给所有的view以便它们更新）。当然，在view中也可以调用model的setData函数来设定某个model index所对应的数据。这里要说明一下model中的数据，用QVarient来承载，可以是所有Qt支持的类型，比较贴心的是，数据可以分成多个角色(role)，例如Qt::DisplayRole专用于显示，Qt::BackgroundRole用于显示背景色等等。所以在model中，你不光可以对“肉”进行编号，还可以对“肉”进行“深加工”，使它们更“好看”或是更“美味”。View组织这些数据并显示，但却没有做真正的显示工作，真正的工作留给了delegate。
      Delegate就是MVC中的C。view让它显示时它就在paint函数中显示。当然，你可以重载这个函数并实现你自己的显示。你还可以给一个view设定row delegate和colum delegate专用于row和colum。当用户触发了view的edit trigger时（如双击鼠标或回车），view开始in place edit (beginEditing)。Delegate会在合适的地方创建一个合适的widget(如line edit或combo box等)处理用户的输入，用户输入完成以后delegate获取用户的输入并返回。这些输入可以通过调用model的setData函数保存到真正的“肉”中。所以Delegate其实就是负责最终显示数据和处理用户交互的。
      既然由用户交互，最重要的肯定是用户的选择了。说一下selection model。View将用户选择的item index全部存入selection model中，显示的时候根据selection model的内容显示。另外，多个view可以共享同一个selection model，这样，当你选中其中的一个时，另一个view中的相应item也会被选中。

      最后总结一下，Smalltalk怎么实现的MVC我不清楚，但是Qt model/view framework对MVC的实现完全是基于C++的虚基类和虚函数特性。MVC各部分之间的联通除了应用signal/slot之外，就全是虚函数了。Tx们如果有兴趣的话，可以看看model/view framework源代码中那些QAbstract开头的类，它们定义了统一的接口虚函数后，派生类只需要重新实现这些函数即可。这里再重复一下学习这部分时Tx们应该关注的2条主线。
      无论什么view，作用都是把数据显示出来，那么第一条主线是数据怎样从数据源显示到view中。
      显示的数据可能被修改，所以第二条主线就是修改后的数据怎样再更新至数据源中。如果你能把这2幅sequence map画出来，相信你就已经完全明白了。

      我不知道Qt在这里的设计是不是做了太多的decoupling。反正灵活性是足够了（model/view/delegate都可以继承），但无法让程序员快速掌握。虽然Qt已经弱化了delegate并而且为view提供默认的delegate。但在做具体项目时，程序员大部分时候还是要根据具体情况重写派生类数的。这对于那些想快速做界面并显示的程序员来说，可能会难以接受。总之，这个轮子做的够精细，但一般在使用之前你还要自己拧点螺丝，上点油。