如何用 C++ 从零编写 GUI？

作者：姚冬

链接：https://www.zhihu.com/question/24462113/answer/27888139

来源：知乎

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GUI库可大可小，大可以是Qt WPF这种数以百万行计的代码，小的可以是WTL这种只有几个头文件。

对一般人来说，不要奢望能做出大GUI库，写一个小一点的，满足自己的需求，针对某类应用就好了。

我曾经遇到一个需求，需要一个小型的GUI库来写个安装程序。

安装程序是比较特别的，对于互联网下载安装的软件，要满足以下要求：

1. 不能带DLL，必须是静态链接，对系统的依赖越小约好。

2. 可执行代码必须足够小，一般来说要500KB左右最好。

3. 有比较好看的图形效果，比如安装过程的过场动画，窗口要有个半透明阴影光圈什么的。

用Qt写显然不合适，虽然我在知乎多次说过Qt库其实不大，但是对于写安装程序还是真的有点大了，Qt的静态链接出的Exe有2MB左右。

用MFC也不合适，MFC静态链接出来有400KB左右，算上安装程序自身的代码和资源肯定突破500KB了。

用VC++ 6.0的MFC去写，可以小很多，但是用这种古董不符合我的品味。

用WTL写，这个肯定很小，只创建一个窗口的程序静态链接只有50KB左右，但是什么功能都没有啊，只能创建使用基础的标准悾件，做个透明窗口都要自己再用其他API实现。

还是自己写一个吧，小一点实用一点，就用来做安装程序好了，不追求有多么高大上的能力。

跨平台就不追求了，只解决Windows问题就好了。

实现GUI库，有几个基本的子系统：

1. 窗口管理系统，这个代码就是封装Win API，但是这个工作很无聊，又很麻烦，我索性用WTL实现了，把自己的窗口类去聚合WTL的 CWindow，拿WTL做后端帮我创建管理窗口，对外是看不到WTL的，我没有用派生是因为不想让WTL污染我的接口设计。

我用私有类的方法，把WTL封装起来了，外面看不到

//伪代码
class RWindow : public RObject
{
private:
RWindowPrivate *d;
}

class RWindowPrivate
{
public:
CWindow m_wnd;
}

2. 事件系统，WTL的消息映射宏太丑了，我喜欢Qt的signal/slot，但是实现一个Qt那样的signal/slot可不容易，相当于发明一种C++扩展语法，还要自己实现一个MOC这种编译预处理器，工作量太大了。用Boost::signal 也太笨重了，boost会引入一个很大的依赖库，我还希望这个GUI库可以用默认的VC++就能编译呢，不想依赖太多其他库，而且boost的function会带来编译困难。

我选择了用一个轻量级的sigslot库，http://sigslot.sourceforge.net/

基于C++ template实现的，功能简单，实现也很简单，只有一个头文件，很符合我的要求，本来就不需要那么复杂的功能。

class RWindow : public RObject
{
sigslot::signal0<> Clicked
}

class MyApp
{
void on_clicked()
{
}
void init()
{
m_win.Clicked.connect(this, &MyApp::on_clicked);
}

RWindow m_win;
}

3. 图形系统

既然是GUI库，总不能还用GDI函数往hDC上绘制吧，好歹要弄个FrameBuffer，支持RGBA，渲染好了可以通过UpdateLayeredWindow更新到窗口上，以实现半透明异形窗口图形效果，比如实现个阴影边缘什么的。

自己写一个还是很麻烦的，光基本的点线圆绘制，基本的Alpha混合就要写上万行，更别提文字输出了。用第三方库的话，2D图形库就没有小的，光图形库就突破500KB的限制了，用Direct2D是不是有点小题大做了？还是用GDI+吧，虽然这个函数库不太受待见，但好歹是标准库，所有Windows都内置，而且我要求的基本图形功能都是有的。

自己写个 RPainter 包装GDI＋的函数，顺便把 PNG JPG的编解码也解决了。

4. 布局系统

GUI库总不能让用户自己一个一个创建控件然后用绝对坐标摆放吧。基本的UI描述文件，Layout支持还是要有的。

但是我没有用XML，而是用了JSON，这两种格式描述能力是差不多了，仅是我个人偏好JSON，另外JSON库比较小，我用的是这个 http://sourceforge.net/projects/mjson/
根据JSON的描述来构建窗口控件的对象树。

我没有去实现复杂的布局，只实现了Anchor Layout，基本可以保证够用了。

给每个控件设定好object name，在C++里提供

template<typename T>
T *findObject(const RString &name)

搞自动绑定可不容易，开发者自己手工绑定吧，好在小程序控件也不多。

5. 基本数据类型和容器类型

身为一个Qt粉当然要自己实现一套string类和泛型容器，向Qt致敬啦。

我没觉得自己有能力重写一遍STL，就是用系统的STL做后端，聚合STL的类，实现COW（copy－on－write），实现统一内存池。后来我把vc++的STL换成了 eastl
paulhodge/EASTL · GitHub

这个STL的实现非常好，解决了代码膨胀问题，编译出来的代码比用VC STL小得多。

RString是我自己写的，但是很多代码是照抄QString的。

但是实现string和数据容器不是GUI库必须做的，只是我个人偏好。

6 一些杂项 utility：

基本算法，MD5 SHA1 ZIP 7Z

网络支持，TCP UDP HTTP，没搞太复杂网络模型就是简单的select，HTTP是封装的WinHTTP。

IO支持，RFile RStream

7. 至于基本控件，早期只提供了RButton RLabel RTextEdit，其他的按需求用到哪个就实现哪个。

好了，差不多了吧，有这些做个安装程序基本算够了。

这个GUI库写大程序还是不行，格局太小，只能做小玩意儿，而且GUI库要有配套的工具链，这个很麻烦工作量又大，所以开发大工程还是推荐用Qt。

这个库早期的基础版本写下来也就两万行左右代码，基本只有自己用，想到如果要给别人用的话还要写文档，脑袋瞬间大了一圈圈。

后来有个同事把Lua集成进去了，做了脚本绑定，支持拿Lua脚本写程序，有点QML的感觉了，不过没有在真正的产品里用到。
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