【QT5 Widgets示例】Model/View编程初探

Model/View

Model/View编程的优点

Model/View编程介绍：https://doc.qt.io/qt-5/model-view-programming.html

表格（Table）、列表（List）和树(Tree )形控件(widget)是图形用户界面（GUI）中经常使用的组件。这些控件有两种不同的方式来访问其数据，即直接访问和通过Model/View的模式访问。

直接访问
一般的控件自身包含了用于存储数据的容器，可以直接访问数据：

这样使用起来很直观，但是有以下几个问题：

（1）数据冗余与同步问题：每个控件都维护自己的数据容器，多个控件可能会存储相同的数据，导致冗余。如果数据需要在多个控件间同步，开发者需要手动维护，容易导致数据不一致。
（2）难以复用和扩展：由于数据存储和视图绑定在一起，无法轻松替换数据源或调整数据结构。
不能灵活适配不同的数据来源，例如数据库、文件、远程 API 等。
（3）耦合度高：视图和数据紧密耦合，控件既要管理 UI，又要管理数据，违反了单一职责原则。难以单独测试数据逻辑或 UI 逻辑，不利于单元测试和维护。
（4）性能问题：当数据量较大时，控件自身存储数据可能导致高内存占用。需要加载完整数据集，而不是按需加载，影响性能。

Model/View

• Model-View将控件的数据与视图分离。控件不维护内部数据容器，它们通过标准化接口访问外部数据。在Model-View中，模型（Model）是数据的抽象表示，负责存储和管理数据。视图（View）是用于显示模型中的数据，并与用户进行交互的组件。视图通常会提供一个setModel()方法，允许开发者将视图与一个特定的模型实例相关联。一旦设置了模型，视图就可以通过该模型访问和显示数据。
  

相比于直接访问，Model/View有以下优点：
（1）数据和视图分离，低耦合：视图仅负责显示数据，数据逻辑由模型管理，符合MVC（Model-View-Controller）设计思想。修改数据源或替换模型不会影响视图，增强了代码的灵活性和可维护性。
（2）数据共享与同步更方便：多个视图可以共享同一个模型，避免数据冗余。数据变更时，模型可以通知所有关联视图（例如 Qt 的 QAbstractItemModel 提供 dataChanged() 信号），自动更新 UI。

（3）支持大规模数据处理：视图只会访问模型提供的接口，而模型可以实现懒加载（按需加载数据），提高性能。例如，视图可以根据需要请求数据，而不是一次性加载所有数据。

（4）提高代码复用性：相同的模型可以被不同的视图复用，例如列表视图、树状视图、表格视图等都可以使用同一个数据模型。适用于不同的 UI 组件，减少重复代码。

（5）更好的测试和维护性：由于视图和数据分离，可以单独测试数据模型，提高代码质量。UI 变更不会影响数据逻辑，降低了维护成本。

常见Model类和View类

QT5中常见的模型（Model）类包括：

1. QAbstractItemModel：所有模型类的基类，定义了一些纯虚函数，需要子类来实现以提供自定义的数据存储和访问方式。
2. QAbstractListModel：列表模型的抽象基类，适用于一维数据。
3. QAbstractTableModel：表格模型的抽象基类，适用于二维数据。
4. QStringListModel：用于处理字符串列表数据的数据模型类。
5. QStandardItemModel：标准的基于数据项的数据模型类，每个数据项都可以是任何数据类型。
6. QFileSystemModel：计算机上文件系统的数据模型类，提供了对本地文件系统的访问和操作。
7. QSortFilterProxyModel：与其他数据模型结合，提供排序和过滤功能的数据类型模型类。
8. QSqlTableModel：用于数据库的一个数据表的数据模型类。
9. QSqlRelationalTableModel：用于关系类型数据表的数据模型。

QT5中常见的视图（View）类包括：

1. QListView：用于显示单列的列表数据，适用于一维数据的操作。
2. QTreeView：用于显示树状结构数据，适用于树状结构数据的操作。
3. QTableView：用于显示表格状数据，适用于二维表格型数据的操作。
4. QColumnView：用多个QListView显示树状层次结构，树状结构的一层用一个QListView显示。

注：一些标准控件类，如QListWidget、QTreeWidget和QTableWidget，它们是上述视图类的子类。

下面是部分的标准控件（item-based）和对应的Model/View 控件（Model-based）的效果示例：

列表List：QListWidget，QListView

表格：QTableWidget QTableView

树：QTreeWidget QTreeView

QColumnView：

特别地，QComboBox既可以作为标准的控件，也可以作为Model/View 控件：

对于那些操作单个值而不是数据集的控件（如QLineEdit、QCheckBox等），没有直接的Model/View对应项来分离数据和视图，因此我们需要一个适配器（Adapters ）来将表单连接到数据源。例如，QDataWidgetMapper和QCompleter。

QT官网提供了各个类的使用示例：
https://doc.qt.io/qt-5/examples-itemviews.html

下面将以一些简单的例子展示Model/View用法。

Model/View应用程序示例

下面用七个简单的应用程序，展示模型/视图编程：

只读的表格

代码：[github]
我们从一个使用QTableView显示数据的应用程序开始。

// main.cpp
#include <QApplication>
#include <QTableView>   // 引入的视图类，用于以表格形式显示数据。
#include "mymodel.h"    // 引入自定义的模型类头文件,用于提供数据给视图。int main(int argc, char *argv[]) {QApplication a(argc, argv);// 创建QTableView对象tableViewQTableView tableView;// 创建自定义模型对象myModelMyModel myModel;// 通过调用tableView的setModel方法，将自定义模型myModel设置为tableView的数据源。// 这样，tableView就可以从myModel中获取数据并进行显示了。tableView.setModel(&myModel);// 调用tableView的show方法，显示表格视图。tableView.show();return a.exec();
}

tableView.setModel(&myModel); 将它的指针传递给 tableView。tableView 会调用它所接收到的指针的方法来了解两件事：

• 应该显示多少行和列。
• 每个单元格应该打印什么内容。

模型需要一些代码来响应这些请求。假设需要展示一个表格数据，让我们以 QAbstractTableModel作为基类来自定义模型：

// mymodel.h
#include <QAbstractTableModel>// 声明MyModel类，它继承自QAbstractTableModel
class MyModel : public QAbstractTableModel {Q_OBJECT public:explicit MyModel(QObject *parent = nullptr);// 重写rowCount函数，返回模型中的行数int rowCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;// 重写columnCount函数，返回模型中的列数int columnCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;// 重写data函数，用于提供模型中特定单元格的数据// index参数指定了单元格的位置（行和列），role参数指定了所需数据的类型（如显示文本、工具提示等）QVariant data(const QModelIndex &index, int role = Qt::DisplayRole) const override;
};

模型的源文件：

// mymodel.cpp
#include "mymodel.h"MyModel::MyModel(QObject *parent): QAbstractTableModel(parent)
{
}// 实现rowCount函数，返回模型中的行数
int MyModel::rowCount(const QModelIndex & /*parent*/) const
{// 表格模型没有使用父/子结构，// 所以我们可以忽略parent参数（它通常用于树形或层次结构模型）// 在这个例子中，我们简单地返回2，表示模型有两行return 2;
}// 实现columnCount函数，返回模型中的列数
int MyModel::columnCount(const QModelIndex & /*parent*/) const
{// 与rowCount同样地，忽略parent参数// 简单地返回3，表示模型有三列return 3;
}// 实现data函数，用于提供模型中特定单元格的数据
QVariant MyModel::data(const QModelIndex &index, int role) const
{// 我们只对Qt::DisplayRole感兴趣，这是用于在视图中显示的数据if (role == Qt::DisplayRole) {// 使用QString的arg函数来格式化字符串，// QModelIndex是Qt中用于定位数据模型数据的一个类，// 调用其方法,将行号和列号（都加1以符合人类阅读习惯，从1开始计数）插入到字符串中return QString("Row%1, Column%2").arg(index.row() + 1).arg(index.column() + 1);}// 对于其他类型的role（如编辑、工具提示等），我们返回QVariant的默认值，// 表示没有提供这些数据return QVariant();
}

当视图需要知道单元格的文本内容时，它会调用 MyModel::data() 方法。行和列的信息通过参数 index 指定，并且role被设置为 Qt::DisplayRole。

在这个例子中，需要显示的数据是指定的。在实际应用中，MyModel 一般会有一个名为 MyData 的成员，它作为所有读写操作的目标。

修改文本外观

代码：[github]
除了控制视图显示的文本外，模型还可以控制文本的外观。只需要添加更多的role条件，就可以以下结果：

每个格式化属性都将通过单独调用data()方法从模型中请求。role参数用于让模型知道正在请求哪个属性：

// mymodel.cpp
QVariant MyModel::data(const QModelIndex &index, int role) const {int row = index.row();    // 从QModelIndex对象中获取当前行的索引int col = index.column(); // 从QModelIndex对象中获取当前列的索引switch (role) {case Qt::DisplayRole: // 处理显示角色的数据// 为特定单元格设置自定义显示文本if (row == 0 && col == 1) return QString("<--left");if (row == 1 && col == 1) return QString("right-->");// 为其他单元格返回默认的行列信息文本return QString("Row%1, Column%2").arg(row + 1).arg(col + 1);case Qt::FontRole: // 处理字体角色的数据// 仅为单元格(0,0)设置粗体字体if (row == 0 && col == 0) {QFont boldFont;boldFont.setBold(true);return boldFont;}break;case Qt::BackgroundRole: // 处理背景角色的数据// 仅为单元格(1,2)设置红色背景if (row == 1 && col == 2)return QBrush(Qt::red);break;case Qt::TextAlignmentRole: // 处理文本对齐角色的数据// 仅为单元格(1,1)设置文本对齐方式（右对齐和垂直居中）if (row == 1 && col == 1)return int(Qt::AlignRight | Qt::AlignVCenter);break;case Qt::CheckStateRole: // 处理复选框状态角色的数据// 在单元格(1,0)中添加一个已选中的复选框if (row == 1 && col == 0)return Qt::Checked;break;}return QVariant();
}

显示变化的数据

代码：[github]
以上的例子展示了模型的被动性质。模型不知道它何时会被使用，也不知道需要哪些数据。它只是在视图每次请求数据时提供数据。那么，当模型的数据需要改变时会发生什么呢？视图如何意识到数据已经改变并需要重新读取呢？

简而言之，当模型的数据发生变化时，它必须通知视图。这通常是通过发出一个信号来完成的，该信号携带了关于哪些数据已经改变的信息。视图接收到这个信号后，就会知道它需要重新从模型中读取数据来更新其显示。

在一个表格的第一行第一列展示当前时间：

// mymodel.cpp
QVariant MyModel::data(const QModelIndex &index, int role) const
{int row = index.row();int col = index.column();if (role == Qt::DisplayRole && row == 0 && col == 0)return QTime::currentTime().toString();return QVariant();
}

下面使用定时器和信号槽机制来实现表格中时间的更新，每隔1000ms，更新一次。首先在头文件中声明定时器和槽函数。

// mymodel.h
class MyModel : public QAbstractTableModel
{Q_OBJECT
public:explicit MyModel(QObject *parent = nullptr);int rowCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;int columnCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;QVariant data(const QModelIndex &index, int role = Qt::DisplayRole) const override;private slots: // 每隔1000ms，模型发出一个信号，告诉视图哪些单元格的数据已经改变。void timerHit();private:   QTimer *timer; // 计时器
};

在构造函数中，我们将定时器的间隔设置为1秒，并连接其超时信号到槽函数timerHit()。

// mymodel.cpp
MyModel::MyModel(QObject *parent): QAbstractTableModel(parent), timer(new QTimer(this))
{// 超时信号，时间间隔设置为1000ms(1s)timer->setInterval(1000);connect(timer, &QTimer::timeout , this, &MyModel::timerHit);timer->start();
}

槽函数接收到超时信号后，进一步地发出dataChanged()信号来请求视图再次读取左上角单元格对应的数据：

// mymodel.cpp
void MyModel::timerHit()
{QModelIndex topLeft = createIndex(0,0);//发出信号，使视图重新读取topLeft中已识别的数据emit dataChanged(topLeft, topLeft, {Qt::DisplayRole});
}

我们通过值得注意的是，我们并没有明确地将dataChanged()信号与视图相连接。当我们调用setModel()方法时，这一连接是自动完成的。

设置表格标头

代码：[github]

表格的标头可以通过视图方法隐藏：

// main.cpp
#include <QApplication>
#include <QTableView>
#include "mymodel.h"
#include <QHeaderView>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);QTableView tableView;MyModel myModel;tableView.setModel(&myModel);tableView.horizontalHeader()->hide(); // 隐藏水平标头tableView.verticalHeader()->hide();   // 隐藏垂直标头tableView.show();return a.exec();
}

另一方面，标头内容可以通过重写headerData()方法实现修改：

//mymodel.h
#include <QAbstractTableModel>class MyModel : public QAbstractTableModel
{Q_OBJECT
public:explicit MyModel(QObject *parent = nullptr);int rowCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;int columnCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;QVariant data(const QModelIndex &index, int role = Qt::DisplayRole) const override;QVariant headerData(int section, Qt::Orientation orientation, int role) const override; // 重写headerData()方法
};

//mymodel.cpp
QVariant MyModel::headerData(int section, Qt::Orientation orientation, int role) const
{if (role == Qt::DisplayRole && orientation == Qt::Horizontal) {switch (section) {case 0:return QString("first");case 1:return QString("second");case 2:return QString("third");}}else if (role == Qt::DisplayRole && orientation == Qt::Vertical) {switch (section) {case 0:return QString("first");case 1:return QString("second");}}return QVariant();
}

可编辑视图示例

代码：[github]
在这个例子中，我们将构建一个应用程序，该程序将获取用户输入到表格单元格中的值，并自动填充到窗口标题。

为了方便地访问窗口标题，我们将QTableView放置在QMainWindow中。

// mainwindow.cpp
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), tableView(new QTableView(this))
{setCentralWidget(tableView);auto *myModel = new MyModel(this);tableView->setModel(myModel);// 将模型所作的更改显示到窗口标题connect(myModel, &MyModel::editCompleted,this, &QWidget::setWindowTitle);
}

模型决定了是否提供编辑功能。我们只需要修改模型，重写虚函数setData()和flags()即可启用编辑功能。

// mymodel.h
#include <QAbstractTableModel>
#include <QString>const int COLS= 3;
const int ROWS= 2;class MyModel : public QAbstractTableModel
{Q_OBJECT
public:MyModel(QObject *parent = nullptr);int rowCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;int columnCount(const QModelIndex &parent = QModelIndex()) const override;QVariant data(const QModelIndex &index, int role = Qt::DisplayRole) const override;bool setData(const QModelIndex &index, const QVariant &value, int role = Qt::EditRole) override;Qt::ItemFlags flags(const QModelIndex &index) const override;
private:QString m_gridData[ROWS][COLS];  // 保存输入QTableView的文本
signals:void editCompleted(const QString &); // 编辑完成的信号
};

我们使用二维数组QString m_gridData来存储数据。这使得m_gridData成为MyModel的核心。MyModel的其余部分则像一个包装器，将m_gridData适配到QAbstractItemModel接口

// mymodel.cpp
bool MyModel::setData(const QModelIndex &index, const QVariant &value, int role)
{if (role == Qt::EditRole) {if (!checkIndex(index))return false;//将值从编辑器保存到成员m_gridDatam_gridData[index.row()][index.column()] = value.toString();// 将各个单元格的值凭拼接成字符串，通过editCompleted信号发送给标题QString result;for (int row = 0; row < ROWS; row++) {for (int col= 0; col < COLS; col++)result += m_gridData[row][col] + ' ';}emit editCompleted(result);return true;}return false;
}

每次用户编辑一个单元格时，都会调用setData()方法。index参数告诉我们哪个字段被编辑了，而value参数提供了编辑过程的结果。
由于我们的单元格只包含文本，因此role将始终被设置为Qt::EditRole。如果存在一个复选框，并且用户权限被设置为允许选择该复选框，那么当role被设置为Qt::CheckStateRole时，也会进行调用。

// mymodel.cpp
Qt::ItemFlags MyModel::flags(const QModelIndex &index) const
{return Qt::ItemIsEditable | QAbstractTableModel::flags(index);
}

通过flags()方法可以调整单元格的各种属性。

• Qt::ItemIsSelectable：表示单元格是可以被选中的。这是模型/视图框架中的默认行为之一，通常不需要显式指定，因为QAbstractTableModel::flags(index)默认会包含这个标志
• Qt::ItemIsEditable：表示单元格是可以被编辑的。
• Qt::ItemIsEnabled：表示单元格是启用的，即它是可交互的。这同样是模型/视图框架中的默认行为之一，通常不需要显式指定。

树结构视图示例

代码：[github]
使用模型/视图的典型方法是包装特定数据，使其可用于视图类。然而，Qt也为常见的底层数据结构提供了预定义的模型。例如，下面我们将通过预定义的模型QStandardItemModel，用树形结构展示数据：

QStandardItemModel它是一个用于存储层次结构数据的容器，必须被填充QStandardItems。

// mainwindow.h
#include <QMainWindow>// Qt 的命名空间开始，这里使用了前向声明来减少头文件的依赖
QT_BEGIN_NAMESPACE
class QTreeView;       // QTreeView 类的前向声明，用于在 MainWindow 中作为成员变量
class QStandardItemModel; // QStandardItemModel 类的前向声明，用于存储树形视图的数据
class QStandardItem;    // QStandardItem 类的前向声明，通常用于构建 QStandardItemModel 的内容
QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow {Q_OBJECTpublic:explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr);private:// 辅助函数，用于准备一行数据，并返回一个包含三个 QStandardItem* 的列表// 这些 QStandardItem 分别对应于行中的第一、第二和第三个数据项QList<QStandardItem*> prepareRow(const QString &first,const QString &second,const QString &third) const;// 成员变量QTreeView *treeView;          // 指向 QTreeView 的指针，用于显示树形结构的数据QStandardItemModel *standardModel; // 指向 QStandardItemModel 的指针，作为树形视图的数据源
};;

// mainwindow.cpp
#include "mainwindow.h"#include <QTreeView>
#include <QStandardItemModel>
#include <QStandardItem>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), treeView(new QTreeView(this)) // 创建 QTreeView 对象，并将其父对象设置为当前 MainWindow, standardModel(new QStandardItemModel(this)) // 创建 QStandardItemModel 对象，并将其父对象设置为当前 MainWindow
{// 将 treeView 设置为 MainWindow 的中心部件setCentralWidget(treeView);// 准备一行数据QList<QStandardItem *> preparedRow = prepareRow("first", "second", "third");// 获取模型的不可见根项（即模型的顶层项，它本身不显示）QStandardItem *item = standardModel->invisibleRootItem();// 向不可见根项添加一行数据，这将作为模型的根元素显示item->appendRow(preparedRow);// 准备第二行数据QList<QStandardItem *> secondRow = prepareRow("111", "222", "333");// 将第二行数据添加到第一行数据的第一个单元格对应的项下，这将创建一个子树preparedRow[0]->appendRow(secondRow);// 为 treeView 设置模型treeView->setModel(standardModel);// 展开 treeView 中的所有项treeView->expandAll();
}// prepareRow 成员函数，用于准备一行数据
QList<QStandardItem *> MainWindow::prepareRow(const QString &first,const QString &second,const QString &third) const
{// 创建一个包含三个 QStandardItem 对象的列表，并将它们分别初始化为 first, second, third 字符串return {new QStandardItem(first),new QStandardItem(second),new QStandardItem(third)};
}

获取视图选中项

代码：[github]
下面提供的代码段旨在实现以下功能：将用户在树状视图中选定的每一项，连同其在树状结构中的层级信息（Level），共同展示在应用程序的窗口标题中。

// mainwindow.h
#include <QMainWindow>QT_BEGIN_NAMESPACE
// 前向声明 QTreeView 类， 这对于减少编译时间和避免循环依赖很有用
class QTreeView;
class QStandardItemModel;
class QItemSelection;QT_END_NAMESPACEclass MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr);private slots:// 一个私有槽函数，它将在 QTreeView 的选择发生变化时被调用void selectionChangedSlot(const QItemSelection &newSelection, const QItemSelection &oldSelection);private:QTreeView *treeView;  // 树视图QStandardItemModel *standardModel;   // 为 treeView 提供数据模型
};

#include "mainwindow.h"#include <QTreeView>
#include <QStandardItemModel>
#include <QItemSelectionModel>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), treeView(new QTreeView(this)), standardModel(new QStandardItemModel(this))
{setCentralWidget(treeView);auto *rootNode = standardModel->invisibleRootItem();// 让我们创建几个`QStandardItem`：auto *americaItem = new QStandardItem("America");auto *mexicoItem =  new QStandardItem("Canada");auto *usaItem =     new QStandardItem("USA");auto *bostonItem =  new QStandardItem("Boston");auto *europeItem =  new QStandardItem("Europe");auto *italyItem =   new QStandardItem("Italy");auto *romeItem =    new QStandardItem("Rome");auto *veronaItem =  new QStandardItem("Verona");// 建立层次结构rootNode->    appendRow(americaItem);rootNode->    appendRow(europeItem);americaItem-> appendRow(mexicoItem);americaItem-> appendRow(usaItem);usaItem->     appendRow(bostonItem);europeItem->  appendRow(italyItem);italyItem->   appendRow(romeItem);italyItem->   appendRow(veronaItem);// 将模型设置给 treeViewtreeView->setModel(standardModel);treeView->expandAll();  // 展开树视图中的所有项// 连接选择模型的 selectionChanged 信号到 MainWindow 的 selectionChangedSlot 槽函数QItemSelectionModel *selectionModel = treeView->selectionModel();connect(selectionModel, &QItemSelectionModel::selectionChanged,this, &MainWindow::selectionChangedSlot);
}

// mainwindow.cpp
void MainWindow::selectionChangedSlot(const QItemSelection & /*newSelection*/, const QItemSelection & /*oldSelection*/)
{// 不使用 newSelection 和 oldSelection 参数，因此用注释标记为未使用// 获取当前选中的项的 QModelIndexconst QModelIndex index = treeView->selectionModel()->currentIndex();// 从 QModelIndex 中获取显示数据（通常是文本），并将其转换为 QStringQString selectedText = index.data(Qt::DisplayRole).toString();// 初始化层级级别为 1，因为顶层项（直接挂在根节点下的项）的层级为 1int hierarchyLevel = 1;// 从当前选中项的 QModelIndex 开始，向上遍历其父节点，计算层级级别QModelIndex seekRoot = index;while (seekRoot.parent().isValid()) // 当父节点存在时继续循环{seekRoot = seekRoot.parent(); // 移动到父节点hierarchyLevel++; // 每向上移动一级，层级级别加 1}// 构建一个包含选中项文本和层级级别的字符串QString showString = QString("%1, Level %2").arg(selectedText).arg(hierarchyLevel);// 将构建的字符串设置为 MainWindow 的窗口标题setWindowTitle(showString);
}

参考：
https://doc.qt.io/qt-5/modelview.html#2-a-simple-model-view-application