Qt使用插件QPluginLoader 机制开发

简介：

插件(Plug-in,又称addin、add-in、addon或add-on,又译外挂)是一种遵循一定规范的应用程序接口编写出来的程序。

Qt 提供了2种APIs来创建插件：

一种高级API，用于为Qt本身编写插件：自定义数据库驱动程序，图像格式，文本编解码器，自定义样式等。

一种用于扩展Qt应用程序的低级API。也就是说扩展我们自己使用Qt编写的程序。这要求应用程序使用 QPluginLoader 检测和加载插件。在这种情况下，插件可以提供任意功能，不限于数据库驱动程序、图像格式、文本编解码器、样式以及扩展Qt功能的其他类型的插件。本文主要通过示例来展示第二种方式创建插件。

原理：

重载了虚函数的dll，这跟抽象工厂类类似，这便是插件的原理。qt的插件可以说是一种动态库

Qt插件特点：

核心技术：QPluginLoader

Qt插件存储在共享库（DLL）中(即以动态库的方式存在)，与使用QLibrary访问的共享库相比，它具有以下优势：

面向Interface编程，内部封装，模块和整体流程开发分离，提高开发效率。

QPluginLoader 检查插件是否与应用程序相同版本的 Qt 链接。

QPluginLoader 提供对根组件对象 （instance（）） 的直接访问，而不是强制您手动解析 C 函数

插件

插件主要面向接口编程，无需访问.lib文件，热插拔、利于团队开发。即使在程序运行时.dll不存在，也可以正常启动，只是相应插件功能无法正常使用而已；

动态库

动态库需要访问.lib文件，而且在程序运行时必须保证.lib存在，否则无法正常启动

开发测试环境：QT5.15.2 + MSVC 2019

在容器端：

  1. 定义一组接口（只有纯虚函数的类）。
  2. 在QT_BEGIN_NAMESPACE和QT_END_NAMESPACE之间使用Q_DECLARE_INTERFACE（）宏告诉Qt的元对象系统有关接口的信息。
  3. 在程序中使用 QPluginLoader加载插件。
  4. 使用qobject_cast（）测试插件是否实现给定的接口。

Q_DECLARE_INTERFACE

Q_DECLARE_INTERFACE（类名，标识符）

此宏用于把标识符与类名接口关联起来。这个标识符是唯一的，这个宏通常在被放到一个类被定后的位置。

这个是Qt实现插件必须要有的一个宏， 把标识符与类名接口关联起来。

在插件端：

声明一个插件类，该类继承自QObject和插件要提供的接口类。

使用Q_INTERFACES（）宏告诉Qt的元对象系统有关接口的信息。

使用Q_PLUGIN_METADATA（）宏导出插件。

Q_PLUGIN_METADATA
Q_PLUGIN_METADATA(IID "org.qt-project.Qt.Examples.SubPlugin" FILE "SubPlugin.json")

这个宏第一次参数定义了一个uuid，保证唯一即可，第二个json是必须要有的，当无法找到指定的文件时，moc 会出现错误，即使是空的文件也行

SubPlugin.json文件存放在源代码目录下，可以记录一下插件的信息（如插件名称、插件版本、插件依赖库），如下

{

    "name": "testSubPlugin",

    "version": "1.0",

    "dependencies": []

}

这个宏被用于声明元数据，这个元数据是被实例化插件的一部分。

这个宏需要通过对象声明被实例化接口的IID，并且要引用包含元数据内容的文件。

需要获取这些元数据（即上面的json数据），可在在通过下面的办法。

        QPluginLoader *loader = new QPluginLoader(this);

        loader->setFileName(plugin.absoluteFilePath());

        qDebug()<<loader->metaData().keys();

        QJsonObject json = loader->metaData().value("MetaData").toObject();

        QVariant var = json.value("name").toVariant();

Q_INTERFACES

Q_INTERFACES(AppInterface)   //声明这个插件实现是基于哪个插件接口的，使qobject_cast()能正确进行QObject*到接口指针的转换

QPluginLoader 类

~QPluginLoader()

销毁 QPluginLoader 对象。

除非显式调用 unload()，否则插件会一直保留在内存中，直到应用程序终止。

Load

加载插件，如果插件加载成功则返回true； 否则返回false。

unload

卸载插件，如果插件可以卸载则返回true，否则返回false。

这在应用程序终止时自动发生，因此通常不需要调用此函数。

如果 QPluginLoader 的其他实例正在使用相同的插件，则调用将失败，并且只有在每个实例都调用了 unload() 时才会发生卸载。

不要尝试删除根组件。 而是依靠 unload() 会在需要时自动删除它

Instance

返回插件的根组件对象，组件对象是一个 QObject。 使用 qobject_cast() 可将其转成所需的对象。如果根组件对象被销毁，则调用此函数会创建一个新实例。

该函数返回的根组件在 QPluginLoader 销毁时不会被删除。 如果要确保删除根组件，则应在不再需要访问核心组件时立即调用 unload()。 当库最终卸载时，根组件将自动删除。

metaData

返回此插件的元数据。 元数据是在编译插件时使用 Q_PLUGIN_METADATA() 宏以 json 格式指定的数据。

例子

首先创建一个Qt Subdirs Project工程PluginDemo，并添加一个app应用程序端。并在app.pro添加输出目录DESTDIR = $$PWD/../bin

  1. 然后添加一个appinterface.h的头文件，该类作为插件接口类。
#ifndef APPINTERFACE_H#define APPINTERFACE_H#include <QList>#include <QAction>class AppInterface{public:virtual ~AppInterface() {}// 插件的名字virtual QString name() const = 0;// 插件返回的QAction列表virtual QList<QAction *> actions() const = 0;};QT_BEGIN_NAMESPACEQ_DECLARE_INTERFACE(AppInterface, "plugindemo_app_interface")QT_END_NAMESPACE#endif // APPINTERFACE_H
  1. 在工程上右键，选择“新子项目”，选择Library->C++ Library，类型选择“shared Library”,qt module 选择“widgets”.插件名称为subplugin.
  2. 修改subplugin.pro

添加CONFIG+=plugin  //目的就是为是该dll作为插件

target.path = $$PWD/../bin/plugins、INSTALL+=target //把插件dll拷贝到容器的bin目录下。需构建步骤添加 make install

  1. 实现接口类SubPlugin.h，注意添加Q_INTERFACES和Q_PLUGIN_METADATA宏
#ifndef SUBPLUGIN_H#define SUBPLUGIN_H#include "subPlugin_global.h"#include "../app/appinterface.h"#include <QObject>class SUBPLUGIN_EXPORT SubPlugin : public QObject, public AppInterface{public:SubPlugin();Q_OBJECTQ_INTERFACES(AppInterface)   //声明这个插件实现是基于哪个插件接口的Q_PLUGIN_METADATA(IID "org.qt-project.Qt.Examples.SubPlugin" FILE "SubPlugin.json")  //使用Q_PLUGIN_METADATA宏导出插件// AppInterface interfacepublic:virtual QString name() const override;virtual QList<QAction *> actions() const override;};#endif // SUBPLUGIN_H#include "subplugin.h"SubPlugin::SubPlugin(){}QString SubPlugin::name() const{return "SubPlugin";}QList<QAction *> SubPlugin::actions() const{QAction *aboutQt = new QAction;aboutQt->setText(tr("About Qt"));QList<QAction *> result;result << aboutQt;return result;}
  1. 在容器的Dialog.cpp里面添加加载插件的代码。
#include "dialog.h"#include "ui_dialog.h"#include "appinterface.h"#include <QDebug>#include <QPluginLoader>#include <QFileInfo>#include <QDir>#include <QPushButton>Dialog::Dialog(QWidget *parent): QDialog(parent), ui(new Ui::Dialog){loadPlugins();ui->setupUi(this);}Dialog::~Dialog(){delete ui;}void Dialog::loadPlugins(){QString pluginPath = QCoreApplication::applicationDirPath() + "/plugins";QStringList filters;#if defined(Q_OS_LINUX)filters << "*.so";#elif defined(Q_OS_WIN)filters << "*.dll";#endifQFileInfoList plugins = QDir(pluginPath).entryInfoList(filters,QDir::Files | QDir::NoSymLinks);for (int i = 0; i < plugins.count(); ++i) {QFileInfo plugin = plugins.at(i);QPluginLoader *loader = new QPluginLoader(this);loader->setFileName(plugin.absoluteFilePath());qDebug()<<loader->metaData().keys();QJsonObject json = loader->metaData().value("MetaData").toObject();QVariant var = json.value("name").toVariant();bool result = loader->load();qDebug() << QString("load plguin %1 result: ").arg(plugin.absoluteFilePath()) << result;if (result) {QObject *pluginInstance = loader->instance();AppInterface *appInterface = qobject_cast<AppInterface *>(pluginInstance);if (appInterface != nullptr) {qDebug() << "add actions from plugin:" << appInterface->name();QList<QAction *> actions = appInterface->actions();for (int k = 0; k < actions.count(); ++k) {QAction *ac = actions.at(k);QString strtext = ac->text();}}} else {qDebug() << loader->errorString();}}}

插件管理

自定义pluginmanager类，封装成dll

管理所有插件，包括加载、卸载等。并暴露方法给主程序。

插件管理器代码

插件接口

#ifndef PLUGININTERFACE_H#define PLUGININTERFACE_H#include <QtWidgets/qwidget.h>#include <QString>class PluginInterface{public:virtual ~PluginInterface() {}// 插件返回的QAction列表virtual QString datawrite() = 0;};Q_DECLARE_INTERFACE(PluginInterface, "PluginManager.PluginInterface")#endif // PLUGININTERFACE_H

插件管理器

#ifndef PLUGINMANAGER_H#define PLUGINMANAGER_H#include "PluginManager_global.h"#include <QObject>#include <QPluginLoader>class PLUGINMANAGER_EXPORT PluginManager:public QObject{Q_OBJECTprivate:PluginManager();public:static PluginManager *getinstance();//加载所有插件void loadAllPlugins();//卸载所有插件void unloadAllPlugins();QString datawrite();private:static PluginManager *m_instance;QHash<QString, QPluginLoader *>m_loaders; //插件路径--QPluginLoader实例};#endif // PLUGINMANAGER_H#include "pluginmanager.h"#include <QDebug>#include <QPluginLoader>#include <QFileInfo>#include <QDir>#include <QCoreApplication>#include"PluginInterface.h"PluginManager* PluginManager::m_instance=nullptr;PluginManager::PluginManager(){}PluginManager *PluginManager::getinstance(){if(m_instance==nullptr)m_instance= new PluginManager();return m_instance;}void PluginManager::loadAllPlugins(){QString pluginPath = QCoreApplication::applicationDirPath() + "/plugins";QStringList filters;#if defined(Q_OS_LINUX)filters << "*.so";#elif defined(Q_OS_WIN)filters << "*.dll";#endifQFileInfoList plugins = QDir(pluginPath).entryInfoList(filters,QDir::Files | QDir::NoSymLinks);for (int i = 0; i < plugins.count(); ++i){QFileInfo plugin = plugins.at(i);QPluginLoader *loader = new QPluginLoader(this);loader->setFileName(plugin.absoluteFilePath());qDebug()<<loader->metaData().keys();QJsonObject json = loader->metaData().value("MetaData").toObject();QVariant var = json.value("name").toVariant();bool result = loader->load();qDebug() << QString("load plguin %1 result: ").arg(plugin.absoluteFilePath()) << result;if (result){m_loaders.insert(plugin.absoluteFilePath(), loader);QObject *pluginInstance = loader->instance();PluginInterface *appInterface = qobject_cast<PluginInterface *>(pluginInstance);if (appInterface != nullptr){}}else{qDebug() << loader->errorString();}}}void PluginManager::unloadAllPlugins(){for(auto filepath : m_loaders.keys()){QPluginLoader *loader = m_loaders.value(filepath);//卸载插件，并从内部数据结构中移除if(loader->unload()){m_loaders.remove(filepath);delete loader;loader = nullptr;}}}QString PluginManager::datawrite(){QString str;for(auto filepath : m_loaders.keys()){QPluginLoader *loader = m_loaders.value(filepath);PluginInterface *Plugin = dynamic_cast<PluginInterface*>(loader->instance());if(Plugin)str = Plugin->datawrite();}return str;}

插件代码

#ifndef LOGPLUGIN_H#define LOGPLUGIN_H#include "logPlugin_global.h"#include "../PluginManager/PluginInterface.h"#include <QObject>class LOGPLUGIN_EXPORT LogPlugin: public QObject,public PluginInterface{Q_OBJECTQ_INTERFACES(PluginInterface)   //声明这个插件实现是基于哪个插件接口的Q_PLUGIN_METADATA(IID "org.qt-LogPlugin" FILE "LogPlugin.json")  //使用Q_PLUGIN_METADATA宏导出插件public:LogPlugin();virtual QString datawrite() override;};#endif // LOGPLUGIN_H#ifndef DBPLUGIN_H#define DBPLUGIN_H#include "DbPlugin_global.h"#include "../PluginManager/PluginInterface.h"#include <QObject>class DBPLUGIN_EXPORT DbPlugin : public QObject,public PluginInterface{public:   Q_OBJECTQ_INTERFACES(PluginInterface)   //声明这个插件实现是基于哪个插件接口的Q_PLUGIN_METADATA(IID "org.qt-DbPlugin" FILE "DbPlugin.json")  //使用Q_PLUGIN_METADATA宏导出插件public:DbPlugin();virtual QString datawrite() override;};#endif // DBPLUGIN_H

App代码

#include "dialog.h"#include "ui_dialog.h"#include <QDebug>#include <QPluginLoader>#include <QFileInfo>#include <QDir>#include <QPushButton>#include "../PluginManager/pluginmanager.h"Dialog::Dialog(QWidget *parent): QDialog(parent), ui(new Ui::Dialog){ui->setupUi(this);}Dialog::~Dialog(){delete ui;}void Dialog::on_pushButton_clicked(){PluginManager::getinstance()->loadAllPlugins();PluginManager::getinstance()->datawrite();PluginManager::getinstance()->unloadAllPlugins();}

插件通信

插件的通信通过插件管理器来管理，插件管理器转发插件的消息

  1. 在插件管理器的接口头文件增加一个插件间通信的结构体，增加插件发送消息和接收消息的纯虚函数。

Q_DECLARE_METATYPE(Type)

作用：向Qt元系统注册一些非基本类型

这个宏能使Qt元系统的QMetaType知道Type类型，但前提是Type类型必须提供一个公有的默认构造函数、公有的默认拷贝构造函数和公有的默认析构函数。

  1. 在插件重写插件管理器声明的接收虚函数，把插件管理器声明的发送虚函数声明为信号。

  1. 在插件管理器的加载插件处加上connect函数，是信号槽关联起来。其中把插件发送信号关联插件管理器的接收槽函数。

同时让插件管理器的接收槽函数转发给对应的插件

  1. 在app程序中调用调用插件的信号从而发送消息

完整代码参见：

链接：https://pan.baidu.com/s/1fWK_oSYQTRNip4FLnTOLwg

提取码：qc0t

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