深入解析QML引擎, 第3部分: 绑定类型

原文 QML Engine Internals, Part 3: Binding Types

译者注：这个解析QML引擎的文章共4篇，分析非常透彻，在国内几乎没有找到类似的分析，为了便于国内的QT/QML爱好者和工作者也能更好的学习和理解QML引擎，故将这个系列的4篇文章翻译过来。翻译并不是完全直译，有不足之处，请指正，谢谢！

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这篇博文是深入解析QML引擎系列博文的第三篇。在上一篇博文中，我们揭示了QML引擎中的绑定是如何运作的。在这篇文章中，我们将深入了解不同的绑定类型。某些内容是我在开发者日对话QtQuick Under the Hood中讲过的。除此之外，这篇博文中将涵盖一些新的内容。

简要回顾

在回顾之前，让我们快速地浏览一个简单的绑定：

图1 绑定例子

每一个像这样的绑定实际上是一个JavaScript函数，运行时由V8引擎执行。执行的结果就是函数的返回值，然后将它设置给文本属性。由于V8并不知道Qt对象和属性，当遇到一个对象（如parent）或一个属性（如width）时，它就请求QML中的上下文包裹类和对象包裹类去解析它们。当一个绑定被执行时，这些包裹类会记录那些被访问了的属性，可以自动将每个属性的改变信号（例如widthChanged（））连接到一个可以重新执行绑定的槽函数。

现在我们已经重新温习了一遍绑定的工作原理，让我们趁热打铁，继续分析不同的绑定方式。

绑定方式

在上一篇文章中，我指出每一个绑定都被解析成一个QQmlBinding对象的实例。这其实是一个哄骗孩子的谎言。如果每一个绑定都由QQmlBinding表示，则开销会非常大。一个典型的QML应用，即使没有上千个绑定，至少也有成百个绑定，所以需要让每一个绑定更加轻量级。此外，当加载一个QML文件时，每一个绑定都是单独编译的。因此在加载过程中会多次调用V8编译器，给系统造成不小的开销。

QV8Bindings

为了解决QQmlBinding造成的开销问题，使用了另外一个绑定类，取了一个容易混淆的名字：QV8Bindings。QV8Bindings内部用了一个数组来存放QML文件中的所有绑定，绑定用更加轻量级的QV8Bindings::Binding结构体来表示。QML的开发者过去花了很大力气去减少这种结构的内存占用，他们甚至发现指针的最后两位因为对齐的关系而没有被使用。然后丧心病狂地利用这些空间去保存标志位，最终做到一个QV8Bindings::Binding只占用了64个字节。

QV8Bindings和QQmlBinding相比，有一个大优势是，所有绑定都是在一起编译的，所以只需要调用一次V8编译器。在QQmlCompiler ::completeComponentBuild()函数中，你会发现，在编译QML文件时，所有的绑定函数会组成一个大的JavaScript程序，并存储在QQmlCompiledData（用于包含QML文件中所有类型的编译数据）。当QML文件第一次实例化时，QV8Bindings::QV8Bindings()将对绑定程序进行编译，编译后保存在QQmlCompiledData中，然后将源代码丢弃。当再次实例化相同的QML文件时，QML引擎将直接使用QQmlCompiledData中已编译的绑定程序，并不需要再编译一次它们。然而QQmlBinding却不是这样，每次实例化QML文件都需要执行一次编译。

小结：因为QV8Bindings把QML文件中所有的绑定组织在一起，所以可以花费更少的内存，并只执行一次编译。

那为什么我们不抛弃QQmlBinding？这个类为什么还依旧存在呢？某些情况下，绑定是不可共享的，例如它们使用了闭包或者使用了eval()函数。在这种情况下，每个绑定函数需要不同的上下文。因此不能和具有相同上下文的其他绑定一起编译。因此在这种特殊情况下，将会使用QQmlBinding来表示绑定。当编译一个QML文件时，是由QQmlCompiler::completeComponentBuild()来判定采用哪种绑定方式。另外，SharedBindingTester会检测绑定应该用QV8Bindings，还是QQmlBinding。SharedBindingTester就是一个JS AST的访问者。如果你查看一下代码，你会发现SharedBindingTester也会测试哪些绑定是安全的，同时在QML文件初始化时避免多次执行绑定，源代码的提交信息做了最好的描述。

为了让QML代码更加的简洁，QQmlBinding和QV8Bindings::Binding都从QQmlAbstractBinding继承。

QV4Bindings

假如你看过一些QML引擎的代码，你很可能已注意到QV4Bindings类，这个类也是QQmlAbstractBinding的子类。它是另一个绑定类型吗?和什么有关呢?与QV8Bindings相同的是，它也是QML文件中所有绑定的集合。不同的是，QV4Bindings只保存所谓优化过的绑定，也有人错误和混淆地称之为编译过的绑定。有一些绑定是可以被优化的，它们会用QV4Bindings表示，有一些绑定不能被优化，它们会用QV8Bindings来表示。

那么这个优化是什么呢？QV4Bindings并不由V8引擎执行，它会被编译成字节码，通过一个字节码解析器执行。这个字节码编译器和解析器无法处理所有的JavaScript表达式,因为不可能提前编译所有的JavaScript。

但是为什么使用字节码呢？V8引擎会编译成机器码，难道不比一个字节码解析器快吗？结果证明它真的没有字节码解析器快，V8引擎执行绑定时，需要调用QML来解析对象和属性，这个处理需要很大的开销。另外当一个函数被多次调用时，V8引擎可能会在比较繁忙的情况下重新编译一个函数，以此做更多地优化。对于QML的情况而言，所有这些处理都会造成很大的开销，因为QML通常包含很多只有一句代码的绑定。这里有一个我为开发者日准备的基准测试结果。在测试中，我只是简单的让QML引擎执行一个绑定几百次。这是一个可以让V4引擎轻松处理的简单绑定。为了和V8引擎比较，设置环境变量QML_DISABLE_OPTIMIZER=1来完全禁用V4绑定。

图2 V4和V8绑定执行效率对比

如你所见，在这种特定情形下，V4字节码引擎的确比V8快多了。

从本质上说，V4就是一个寄存器机器。和CPU相同的是，它具有的寄存器，用来存储临时值。不同的是，它不会从内存加载和储存值——它从类的属性加载和储存值。设置环境变量QML_BINDINGS_DUMP=1，让我们看一个简单的绑定：

图3 简单绑定例子

其指令输出是：

图4 绑定执行指令

如你所见，属性width和height被加载到寄存器0和1中，然后这些寄存器乘起来，把结果保存在文本属性中（文本属性在QQuickText类中的属性编号是42）。FetchAndSubscribe指令不仅加载属性，也会监听它的改变信号，从而实现绑定的自动更新。从上文的"汇编"代码中，你还可以发现另一个优势：V4编译器是在编译时解析对象和属性，并将属性的索引保存在字节码中。所以在运行时，就可以直接通过索引访问属性，不用通过属性名字进行查找。而V8引擎则需要调用QML对象和上下文包装器来解析对象和属性，这当然会产生更多的开销。但是缺点是，V4引擎无法处理动态对象，例如那些通过setContextProperty()从C++导出的对象。如果绑定中含这种动态对象，则需要使用QV8Binding。

总结

归纳起来，有3个绑定类型，都是从QQmlAbstractBinding继承：

1. QV4Bindings::Binding

2. QV8Bindings::Binding

3. QQmlBinding

QV4Bindings是最快的，因为其使用了自定义的字节码引擎。QV8Bindings和QQmlBinding都是使用V8 JS引擎执行，但QV8Bindings将所有的绑定组织在一起，一次性编译，然而QQmlBindings会在每个QML组件实例化过程中一个一个地进行编译。

这有一个展示所有绑定类型的（没啥用的）例子：

图5 三种类型的绑定的例子

设置环境变量QML_COMPILER_DUMP=1，你会看到QML编译器使用了两次STORE_COMPILED_BINDING，一次STORE_V8_BINDING和一次STORE_BINDING。

STORE_BINDING为QQmlBinding，它用于font.pointSize，因为绑定使用了eval（），因此不可以被共享。

anchors.centerIn的绑定和文字都是V4绑定（STORE_COMPILED_BINDING指令，QV4Bindings:: Binding类）。

最后，font.wordSpacing是一个普通的QV8Bindings::Binding（STORE_V8_BINDING指令）。V4的字节码编译器和解析器应对三元运算符完全没有问题，但是求补运算尚未实现，所以QML编译器选择使用V8绑定。

在这个系列的下一篇博文中，我们将尝试自定义解析器。如果有什么疑问或者对QML应用和研究感兴趣的朋友，欢迎加入我们进行讨论(QQ群：280689979)。如需转载，无须我们授权，但需要注明原文链接（该文的链接），及原作者，谢谢！

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作者：猿基地
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