关于Qt适配不同分辨率和缩放率时可能遇到的问题和解决方案

如果没有特殊的处理，Qt的UI窗口在不同的分辨率和缩放率下，其显示效果可能会出现问题，常见的有：

• 子控件堆叠，无法显示完整

• 窗口尺寸变大，超出屏幕的显示范围

• 控件变形，长宽比不合理

• 界面模糊

• 字体变大，控件尺寸却没有变化

  有两种方式可以对UI界面进行良好的缩放：

• Qt不做任何事情，由windows系统负责缩放

• windows系统不做任何事情，由Qt负责进行缩放

  1.解决方案：Windows适配

  使用qt.conf，在资源qrc里添加，`:/qt/etc/qt.conf`, qt.conf文件内容为：
  

  [Platforms][Platforms]
  WindowsArguments = dpiawareness=0
  

  这样的效果就是直接让windows来接管和控制缩放。它通过类似缩放图片这样的方式来实现界面缩放，好处是各种情况下界面都可以使用，而且子界面不至于变形，坏处是放大后界面会变得模糊。

  2.解决方案：Qt适配（Qt5.6版本及以后）

  如果只是想单纯地解决问题，而不想深入了解高DPI的相关原理，那么只需知道对应的操作即可。

  想要Qt适配不同分辨率和缩放率，即可以在高DPI下正常显示，我们需要做如下的工作：

  2.1 开启支持高DPI的属性

  在Qt5.6以及后续的版本中，添加了对高DPI显示的支持，这个特性默认是关闭的，需要我们手动打开这个特性，注意以下代码必须在main函数中，实例化QApplication对象之前调用，否则是不会起效果的：

  	QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling, true);
      QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_UseHighDpiPixmaps, true);
      QApplication::setHighDpiScaleFactorRoundingPolicy(
          Qt::HighDpiScaleFactorRoundingPolicy::PassThrough);
  

  以上代码做了三件事情，分别是：

  • 开启Qt对高DPI显示的支持

  • 开启Qt对高分辨率版本pixmap（High resolution versions of pixmaps）的支持

  • 设置对高DPI（也就是大于1的DPI值）值的四舍五入规则

    第一个没什么好说的，打开这个开关，Qt才会启动对高DPI特性适配的功能

    第二个在后续会解释相关概念和原理，本节会介绍如何使用这个特性。

    第三个需要解释一下，当设置高DPI的时候，我们假设它的值为 originDPI，它是一个大于等于1的浮点数，常见取值有：1.0，1.25，1.5，1.75，2.0 等等，具体取决于操作系统中的设置。而Qt提供了一个机制，让我们决定是否采用这个原始值，也就是可以对原始值进行舍入的操作，实际使用的是舍入后的值，即实际应用的DPI值。

    在网络上很多关于讲解Qt适配不同分辨率和缩放比的文章中，都会提到Qt仅支持整数倍的DPI值，这是错误的，因为它们没有修改对DPI的射入政策，使用的默认值为：Qt::HighDpiScaleFactorRoundingPolicy::Round，它会将小数点后大于等于 0.5 的部分取整，因此结果如下：

    window下设置的缩放比	Qt实际应用的缩放比
    100%	1x
    125%	1x
    150%	2x
    175%	2x
    200%	2x
    225%	2x
    250%	3x

    而Qt::HighDpiScaleFactorRoundingPolicy::PassThrough这个策略，则不会对原始值做任何修改，他会直接使用，所以实际的缩放比和设置的缩放比是完全一样的。

    2.2 图片对高DPI的支持

    当UI被放大的时候，原本的图片会显得比较模糊，这是因为同一张的图片被显示到了更大的物理矩形框中导致的。

    为了解决这个问题，我们需要开启Qt对高分辨率版本pixmap（High resolution versions of pixmaps）的支持，然后按照如下策略提供图片资源。

    2.2.1 外部图片

    QImageReader类负责读取图片资源，它提供了自动识别并读入高分辨率版本pixmap的功能。例如，我们在DPI为1.0时，需要一个20x20的图片，它的路径为 :/icons/basename.png 。当DPI为2时，这个图片实际显示的尺寸就会被拉伸为原来的两倍，显示就会变得模糊。为了解决这个问题，我们应该提供这个图片的高分辨率版本pixmap：

    :/icons/basename.png
    :/icons/basename@2x.png
    :/icons/basename@3x.png
    :/icons/basename@4x.png
    

    其尺寸分别为：20x20,40x40,60x60,80x80。

    QImageReader会根据当前的DPI设置，自动读取对应版本的pixmap，然后设置其devicePixelRatio属性为DPI值。例如，上面的代码，在DPI为1时，读取:/icons/basename.png图片，devicePixelRatio为1.0；当DPI为2时，读取:/icons/basename@2x.png，devicePixelRatio为2.0；依次类推。

    这样，通过在不同DPI时应用不同的图片（事实上，在qt底层，会使用这些整数倍的图片进行缩放，获取当前dpi缩放率对应的高分辨率版本pixmap），就不会有图片模糊的情况发生。

    qss中设置的图片支持这样的机制。

    但要注意的是，如果使用的是QPixmap，则并非如此，它不会自动读取对应dpi的图片。

    例如：

    	QPixmap pix(":/icons/basename.png");
    

    那么，在任何情况下，无论dpi的值是多少，它读取的都是:/icons/basename.png，而不是其他图片。

    QIcon类型，查看文档，它是一个提供了可缩放图标的类型，也就是说QIcon没有size这个说法，要使用它时，先给定一个size将其转化为QPixmap，然后才能使用。

    QIcon在构造时，会根据dpi自动读取对应的图片。假如我们提供了上面的四张图片，那么当dpi为1的时候，它仅读取1倍图；当dpi为1.25，1.5，1.75，2.0 时，它会读取1倍图，2倍图；当dpi大于2小于3时，会读取1倍图，2倍图，3倍图。也就是说，QIcon只读取它当前可能会用到的图，用不到的图不会读取。另外要注意：QIcon是根据图片名称来读取的，例如basename.png实际是3倍图，那么它仍然读取的是这个图。是根据名称而不是其他来读取图片的。

    此时，可以使用 QIcon::availableSizes()来返回它读取的图片列表的尺寸，尺寸的顺序对应1倍图，2倍图，3倍图这样的顺序。

    QIcon::pixmap() 函数，传入指定的size，返回一个pixmap。pixmap的尺寸和传入的size可能不同，可能相同。大概规则如下：

    • 未开启Qt::AA_UseHighDpiPixmaps，当size小于QIcon::availableSizes()中的最大尺寸时，pixmap的大小为size；否则，pixmap的大小为QIcon::availableSizes()中的最大尺寸
    • 开启了Qt::AA_UseHighDpiPixmaps,，此时这个函数会获取dpi的scale缩放系数，然后尝试获取 sizescale 尺寸的pixmap，是否允许的规则和上述类似，如果 sizescale 小于QIcon::availableSizes()中的最大尺寸时，pixmap的大小为 size*scale ，devicePixelRatio为scale；否则，pixmap的大小为QIcon::availableSizes()中的最大尺寸，devicePixelRatio则是一个未知的值。

      所以，如果想要获取一个图片对应当前dpi的高分辨率版本pixmap，代码如下：

        	QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_UseHighDpiPixmaps, true); 
      		const QString path = "C:\\Users\\mech-mind_xpp\\Desktop\\icon.png";
          QSize size(22, 22);
      #if 1
          QIcon icon(path);  // 实际应存在1倍图，2倍图，3倍图
        	// size最好是一倍图的尺寸，或等比例缩小的尺寸，例如11x11；其他情况后果自负
          auto pxm = icon.pixmap(size); 
          ui->svg->setPixmap(pxm);
      #else
          QPixmap pxm(path); //icon.png实际为三倍图或者其他N倍图
          qreal pixelRatio = qApp->devicePixelRatio();
          pxm = pxm.scaled(size * pixelRatio, Qt::IgnoreAspectRatio, Qt::SmoothTransformation);
          pxm.setDevicePixelRatio(pixelRatio);
          ui->svg->setPixmap(pxm);
      #endif
      

      2.2.2 自绘制图片

      在UI中使用的图片，有些是自己通过代码绘制得来的，和从外部读取的图片一样，也会有模糊的问题。此时就必须通过一定的策略来让自己绘制的图片成为高分辨率版本pixmap。

      其关键点如下：

      • 图片的尺寸和DPI相关

      • QPixmap（或者其他图片类）设置 devicePixelRatio属性，值为DPI的值

      • 由于图片的尺寸会随着DPI变化，因此实际绘制的细节中所使用的尺寸也都需要跟着DPI变化。由于DPI是一个浮点数，所以QPainter应该尽量使用那些参数为qreal的重载函数。

        代码梗概如下：

        QSize size（64，64）；
        qreal dpi = window()->devicePixelRatioF();
        QPixmap pix(size * dpi);
        pix.setDevicePixelRatio(dpi);
        QPainter painter(&pix);
        ... ...
        

        事实上，自绘制的图片和从外部读取的图片，其要点是完全一样的。

        2.2.3 另一种选择

        以上是Qt提供的非常正规的办法，但缺点是每个图标都需要提供多张图片，会导致app的尺寸变得更大。一种比较偏门的办法是直接提供一张N倍图，例如3倍图或者4倍图。比如，当显示效果为20x20，那么我们可以提供一个尺寸为60x60的图片（3倍图），或者80x80的图片（4倍图）。这样，即使是在高DPI下，图片显示仍然是清晰的，这是因为将大尺寸的图片缩小后设置给了控件，因此避免了模糊的问题，同时资源文件的大小也不会变得太大，算是一种折中的办法。

        接下来说明这种做法的具体操作细节：

        2.2.3.1 qss使用border-image而不是image

        假设现在有一个图标，我们的本意是想将它作为20x20的图标使用。但为了解决模糊的问题，现在给了一个3倍图，是60x60。此时如果使用qss设置图片，那么我们应该使用border-image而不是image，这是因为image默认并不会缩放图片，而是使用图片的原始尺寸，所以实际并不能表现为20x20的效果，而是60x60；而border-image则是会进行缩放填满控件范围，因此不需要担心尺寸问题，反而因为是大尺寸图片渲染到小尺寸，可以解决图片模糊的问题。

        2.2.3.2 QLabel设置图片

        还是上面的问题，QLabel默认的属性scaleContents是false，此时如果设置一个pixmap，QLabel会缩放自身的size来使用pixmap的尺寸。而为了解决模糊的问题，应该反过来：给QLabel设置尺寸，设置属性scaleContents为true，然后设置pixmap。

        	label->setFixedSize(20,20);
        	label->setScaledContents(true);
        	label->setPixmap(QPixmap(":/icons/back.png")); // back.png的尺寸为60x60
        

        但需要注意的是，此时不能将pixmap进行缩放操作，然后再设置给label，这样由于从大尺寸图片缩小为了小尺寸，就丢失了图片的细节，仍然不能解决图片模糊的问题：

        	label->setFixedSize(20,20);
        	label->setScaledContents(true);
          QPixmap pix = QPixmap(":/icons/back.png"); // back.png的尺寸为60x60
          pix = pix.scaled(QSize(20,20));	//错误，这样和直接给一个20x20的图片是一样的，仍然会模糊
        	label->setPixmap(pix); 
        

        2.2.3.3 QPainter绘制图片

        在代码中，有时候会使用QPainter绘制图片，这种操作也会导致图片模糊。还是上面的情况，由于QPainter的drawPixmap不会缩放图片，它使用的是pixmap的原始尺寸，所以绘制出来是60x60的大小；而如果提前将pixmap进行scale操作，和2.2.3.2中一样，图片仍然会模糊，此时我们应该按照**高分辨率版本pixmap **的逻辑来解决这个问题：

        注意：pixmap的dpr最好和当前dpi的设置一致。否则，可能会出现图片变形的问题。

        QPixmap pix(":/icons/back.png"); // back.png的尺寸为60x60
        QSize size(20,20);
        qreal pixelRatio = qApp->devicePixelRatio();
        pix = pix.scaled(size * pixelRatio, Qt::IgnoreAspectRatio, Qt::SmoothTransformation);
        pix.setDevicePixelRatio(pixelRatio);
        QPainter painter;
        painter.drawPixmap(...);
        

        2.3 其他注意事项

        • QPainter中应该尽量使用qreal类型的重载函数。

          这是因为，当dpi为1.25，1.5这样的值时，对应的尺寸也必须跟着scale倍数放大，如果参数是整数类型，那么可能会因为丢失小数部分而不能体现scale效果

        • 如有必要，可以根据屏幕的尺寸，也就是分辨率，以及dpi的倍数，来调整window和dialog的大小
        • 尽量不要给控件设置固定尺寸，而是通过QSizePolicy给定一个弹性的尺寸范围，然后使用layout自适应窗口尺寸的变化

          2.3.1 高DPI下窗口尺寸超出屏幕范围

          在100%的缩放率下，窗口的宽度为 width x height，那么在大于100的缩放率下，就会有 width * scale 大于 屏幕分辨率宽度 或者 height * scale 大于 屏幕分辨率高度的情况。这种情况下，建议将 width 和 height 的值修改为当前屏幕支持的最大值，或者直接showMax或者ShowFullScreen 。

          注意：上面说的屏幕支持的最大值为：screenSize.width() / dpi 。例如当前缩放率为200%，屏幕分辨率为1920x1080，那么此时如果窗口不想超出屏幕，那么支持的最大宽高为：960x540.

          示例代码：

          void showEvent(QShowEvent* event) override
          {
            auto dlgSize = this->size();
            const qreal scale = window()->screen()->devicePixelRatio();
            const auto screenSize = window()->screen()->size();
            dlgSize = dlgSize * scale;
            qDebug() = screenSize.height()) {
              // setFixedWidth(screenSize.width() / scale);
              // setFixedHeight(screenSize.height() / scale);
              // showMaximized();
              showFullScreen();
            }
            QDialog::showEvent(event);
          }
          

          然而在很多情况下，窗口的尺寸并不能随意变化。例如某些窗口要维持一定的长宽比，否则就不好看；或者将高度或者宽度缩小后，由于其中的子控件设置了固定尺寸而导致子控件堆叠等等。

          所以尽量不要设置固定尺寸，使用layout管理子控件，让窗口可以自适应size的变化，这是非常重要的。对于UI设计人员来讲，也应该尽量克制自己对细节的追求，尽量不要使用例如指定固定尺寸，严格指定控件位置等等，这种只适合静态布局的方法，而是要考虑到窗口尺寸变化时子控件跟随变化的合理性。

          3.控件堆叠与Unable to set geometry问题

          在实际中，会发生子控件堆叠，不能显示完全的问题，或者报警告：Unable to set geometry等。

          发生这两种情况的根本原因就是：父窗口的尺寸不足以容纳全部子窗口，或者即使能容纳，子窗口之间也会非常拥挤，甚至发生堆叠，显示不完全。

          解决这个问题的思路，大致分为两种：

          • 动态设置window的尺寸，而不是设置固定尺寸

            • 可以调用adjustSize()函数，让window自动按照内容调节大小
            • 根据当前分辨率和缩放率，调整window的尺寸

            • 使用QScrollArea管理子控件

              为了让window拥有可以调节尺寸的能力，这就要求各个子控件的尺寸是可调节的（或者大多数子控件的尺寸是可调节的），因此控件的尺寸只要不要设置为固定尺寸，而是通过QSizePolicy设置为可调节的，这样当window窗口需要放大或者缩小时，layout才能适应这样的尺寸变化。

              4. DPI基本概念

              首先，我们了解两个概念：

              • Dots per inch (DPI)：每英寸点数

              • Device-independent pixel (DIPs)：独立于设备像素，设备自由像素

                DPI这个概念，最早来自于文本印刷行业。在这个行业中，文本的大小使用一种叫做点（points)的概念作为单位来衡量，其中：

                1 pt = 1 / 72 inch

                也就是说，一个点是七十二分之一英寸大小，一英寸为72个点。

                我们现在使用的字体中的大小，就叫做point size，就是从印刷行业继承下来的。例如一个12-point大小的字体，它的高度就是 12 / 72 = 1 / 6 英寸。

                但当回到屏幕显示的时候，就出现了问题。我们知道，屏幕是以像素为单位的，但在不同的屏幕中，一个像素对应的实际物理宽度是不一样的，这取决于屏幕真实的物理尺寸和屏幕的分辨率。

                所以，定义了一个新的单位来表示字体的大小，新单位就是：逻辑单元（logical units）。一个72 point大小的字体被定义为一个逻辑单元高。然后，再将逻辑单元转化为像素。在Windows的发展历史中，默认定义一个逻辑单元的大小为96像素。也就是说，此时一个 72 point大小的字体将被绘制为96个像素。一个12 point 大小的字体会被绘制成为 16 个像素。

                此时，DPI的概念就从打印中转移到了屏幕显示中，虽然名字叫 dots per inch，但已经是屏幕显示中的概念了。默认的DPI为96，即每英寸96个像素。（一个逻辑单元为72 point，72 point在印刷中为一英寸）。

                而操作系统中设置缩放率，其本质就是在修改DPI的值。如果用户将DPI修改为了144，那么72 point 大小的字体就会显示为144个像素高。标准DPI被设置为100%（96 DPI），125%（120 DPI），150（144 DPI），此外还有其他的设置。

                这样，我们就明白了，为什么缩放率改变时，文本的大小会变。这是因为字体的point size没有变化，它的逻辑单元也不会变化，但一个逻辑单元对应的像素发生了变化，最后显示的像素高度就发生了变化。

                5.Qt对高DPI的支持

                本节内容是对Qt文档《High DPI Displays》的概述。

                有两种方式可以对UI界面进行缩放：

                • Qt不做任何事情，由windows系统负责缩放

                • windows系统不做任何事情，由Qt负责进行缩放

                  第一种方法是通过设置相关的环境变量实现的，此时windows会按照缩放图片的方式缩放整个界面，因为无论是文字还是UI，都会同时放大缩小。好处是程序是可用的，坏处是界面必然会模糊。

                  第二种方法则由Qt来负责缩放，其思路是：为了支持高DPI, Qt会自动缩放字体，并提供一个DPI值，应用程序代码可以使用它来缩放其余的UI。

                  第二种情况下，所需的内容，已在第一节中说明。

                  6.Pixmap中的devicePixelRatio

                  dpr的概念，最初是来自于屏幕，引用网上一段话解释：

                  	我们的主人公是乔帮主和比尔盖茨。此时乔帮主面前有一台mac，屏幕的分辨率是1280*720，这就是物理分辨率。乔帮主对比尔盖茨说，给我的mac开发一个word软件吧。盖茨说OK，于是写了一个软件，这个软件显示的时候长度是1280像素，宽度是720像素，正好能够盖满整个mac屏幕。乔帮主看了之后很满意。
                  	有一天，乔帮主看自己的mac屏幕觉得很粗糙，一点都不清晰锐利。于是聪明的乔帮主想到，同样是15寸的屏幕，我把像素点翻倍，不就可以更清晰了吗？于是他把mac的物理分辨率改成了2560*1440的分辨率，相当于每个像素点的尺寸减少了4倍（保持原来每个像素占据的面积不变，放了4个像素，这每个像素占据的面积是原来像素占据面积的1/4），这下再也看不出颗粒感了，乔帮主很满意。但是，当乔帮主打开盖茨给他写的word的时候，傻眼了，原本全屏的word现在只占屏幕的四分之一，而且文字非常的小。乔帮主打电话给盖茨说，你的软件怎么出问题了？盖茨回答说，我开发的时候你的mac分辨率就是1280*720，你自己改了硬件尺寸怪我咯，我很忙没空给你改软件代码，你就凑合着用吧。乔帮主稍作思考，马上想出了一个非常聪明的主意！他在软件和硬件之间的系统层加了一层逻辑分辨率。虽然屏幕横向有2560个像素点，但是告诉软件我只有1280个像素点！当word的宽度要占1280个像素的时候，实际上已经占了2560个像素。于是我们的word又占满屏幕了！于是乔帮主把这个机智的想法命名为逻辑分辨率，不管我显示器的硬件有多少个像素点，我只会告诉软件我的逻辑分辨率，这样软件的代码就不用修改也能在不同的屏幕上显示效果一致。在多年后，mac的物理分辨率已经达到了5120 x 2880，但是告诉软件的时候还是说我的分辨率1280*720，相当在盖茨看来的一个逻辑像素点，背后实际上已经有16个物理像素点为其工作了！
                  

                  而pixmap的dpr概念与之类似，表示的是pixmap的size和想要绘制的设备无关像素之间的比例。例如，一个200x200大小的pixmap，如果它的dpr为2，那么表示它将会被绘制到100x100的设备无关像素矩形内。
                  我们引用QPainter文档中的《Drawing High Resolution Versions of Pixmaps and Images》一节：
                  

                  	所谓pixmap的高分辨率版本，指的是device pixel ratio的值大于1的pixmap。当pixmap的dpr和底层的QPinterDevice的ptr一致时，pixmap无需转化，就可以直接绘制到相关设备上。
                  	例如，一张64x64大小的图片，dpr为2，当他绘制在一个高DPI而且dpr也正好为2的屏幕上时，最后实际绘制出来的时一个32x32像素大小的内容。当Qt中的代码根据pixmap的size来计算布局的尺寸时，会使用图片的dpr得到真实有效的尺寸。这导致pixmap会按照给分辨率版本的形式显示（32x32,但由于将图片提前进行了缩放，显示后的图片不会变得模糊），而不是显示为一个大的图片（64x64）。
                  

                  简言之，如果想要最终显示为32x32像素大小，那么在dpi为1时，需要提供32x32的图片；dpi为2时，提供32x32的两倍大小的图片，图片的dpr需要设置为2，这样图片会先缩小2倍在放大2倍显示，图片不会变得模糊；依次类推。