Qt 高DPI缩放（高分屏适配）技术简析

前情提要

众所周知，都已经2024年了，不会还有人在用1080P显示屏吧（没错就是我）

在很长一段时间里，1080P显示屏（1920 px * 1080 px）是业内设计UI的参考标准与目标

但是，当高分辨率屏幕（2K、4K）逐渐普及之后，人们发现，原先的UI设计在这些屏幕上显得很小

不难理解，这是因为高分屏在保持尺寸相当的情况下，塞下了更多的像素，增加了像素密度，或者说高DPI（Dot Per Inch）

每英寸的像素数量增加了，相同像素所占面积减小了，那么以像素为单位的UI设计，自然显得"更小"

1080P正常显示效果 4K显示器效果

可以看到4K显示器下，我们原本完美的UI设计比例全部被打乱，显得又小，又挤，又丑

这，这谁家的软件啊，我，我不认识你

怎办

那怎么办呢，最容易想到的办法是对UI进行等比缩放

标准显示密度 ：96 DPI已经被Windows操作系统作为传统的显示标准采用。这意味着，在默认的100%缩放设置下，系统预期显示器能够在每英寸的长度上显示96个像素点。这一标准确保了在开发和设计软件应用时，界面元素（如文字、图标）的大小能够在不同的显示器上保持相对一致性。

所以Windows系统的逻辑DPI 一般都是96（缩放100%情况下），但是物理DPI 通常比这个要大，例如我手上的这台1080P显示器的物理DPI是：127.628

在DPI恒定的情况下，增加分辨率，那么屏幕尺寸会发生变化，但是所有软件UI物理尺寸不变

但是对于现代显示器而言，通常是增加像素密度，例如我手头这台4K显示器的物理DPI是：161.962

那么在相同长度上，他会比一般的96 DPI低分辨屏，显示更多像素

逻辑DPI vs 物理DPI

我们刚刚谈到了Windows中的逻辑DPI 与物理DPI，那么这俩究竟有什么区别呢

物理DPI好理解，就是屏幕设备真实的DPI（屏幕像素数 / 屏幕尺寸），对于一台特定设备，不会发生变化

逻辑DPI听起来比较迷惑，但是我们可以把它理解为Windows按照什么样的比例来绘制UI

或者希望软件按照什么样的DPI来规划自己的UI

这个数值与物理DPI无关，在Windows缩放100%情况下，逻辑DPI通常恒等于96

而且这个值（逻辑DPI）与 96 的比值就等于Windows缩放比 ：Scale = 逻辑DPI / 96

如果缩放比为150%，那么逻辑DPI为144，Windows以1.5倍的像素数来渲染UI

通过模拟一个虚假的DPI，Windows就可以欺骗软件，伪造外界的DPI，以实现控制第三方软件的UI缩放

其实这里有三种情况：

第一种，软件什么都不做，也不管外界的DPI，那么不管Windows缩放比如何变化，软件窗口的大小保持恒定（但是如果字体的单位是pt，则字体会变化）
第二种，软件什么都不做，但是委托给Windows进行缩放管理（配置dpiAwareness），那么Windows就会接管，进行缩放
第三种，软件读取外部逻辑DPI（如果是物理DPI的话，也行，就是恒定大小了），通过其与96的比值，自行缩放UI，例如 width *= scale;，那么显示效果最好，但是灰常麻烦

对于第二和第三种情况，被Windows缩放比所影响的逻辑DPI就可以发挥作用，这样也最符合用户需要

所以其实对于软件开发者，如果要自行缩放UI的话，不用单独考虑逻辑DPI的实际含义，只要关注其与96的比值（缩放比）即可

Windows原生DPI感知 vs Qt高DPI缩放

Windows DPI感知

最简单的方法是委托给Windows进行处理

可以调用以下API

C++ 复制代码

#include <ShellScalingAPI.h>
#pragma comment(lib, "Shcore.lib")

HRESULT hr = SetProcessDpiAwareness(PROCESS_SYSTEM_DPI_AWARE);

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

conf 复制代码

[Platforms]
WindowsArguments = dpiawareness=1

4K显示器效果如图：（边缘的灰色是桌面背景）

Windows原生DPI感知

看起来有点模糊，但是各种功能都正常，懒人福利！

Qt高DPI缩放

Qt作为一个跨平台的桌面框架，自然不可避免要解决高分屏适配的问题

近几年来，特别是Qt5.15版本之后，对高分屏的支持变得更加能用了

比如，这一行可以让Qt支持非整倍数的缩放比，1.25 1.5等，（以前只能1x 2x地缩放）

C++ 复制代码

QApplication::setHighDpiScaleFactorRoundingPolicy(Qt::HighDpiScaleFactorRoundingPolicy::PassThrough);

Qt开启高DPI缩放只需要一行：(但是为了更加好用，请加上上面那行↑)，（听说在Qt6中是默认开启的）

C++ 复制代码

QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling, true);

注意，所以针对高DPI缩放策略的调整请在QApplication构造之前完成

当开启缩放时，图片和图标可能会变得模糊，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，然后按照特定策略提供图片资源（类似于logo@2x.png）

c++ 复制代码

QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_UseHighDpiPixmaps, true);

Qt 将在运行时自动选择目标显示的最佳表示形式。有关更多详细信息，请参阅 High-DPI-Icons

所以综合起来就是：

C++ 复制代码

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

Qt高DPI缩放

可以看到字体更加锐利

Who is better

那么到底选哪个呢？

只能说各有千秋

Windows DPI感知发生在系统层，故兼容性最好，Bug比较少，但是显示效果不够好，因为是直接拉伸（类似于图片缩放）
而Qt本身就是UI框架，缩放是在渲染层面上进行的，图像和文本可以保持其清晰度，不会出现像素化或模糊（但是边缘可能出现奇怪的线，不知道Qt6解决没）

那么，Qt胜出？

不，事情远远没有这么简单

Qt 高DPI缩放的原理

Qt内部采用了逻辑坐标系统：使用逻辑坐标来描述界面元素，这些坐标是相对单位，与屏幕的实际物理像素点数独立，而在渲染时自动缩放转换为物理坐标

也就是说，我们针对96 DPI，1080P显示器设计的以px为单位的UI布局无需更改，我们还是假设程序运行在这样一块标准显示器上，Qt会自动处理缩放

Problem

想法很美好，但是结果呢

结果是Windows API采用的是物理坐标（设备相关坐标），而Qt内部采用的是逻辑坐标（设备无关坐标）（所有公开函数都返回逻辑坐标，如QCursor::pos()）

这反而增加了复杂性，我们调用Windows API获得的坐标要先转换为Qt内部的逻辑坐标才能进行下一步操作，否则就全乱了

C++ 复制代码

bool Widget::nativeEvent(const QByteArray& eventType, void* message, long* result)
{
    Q_UNUSED(eventType);
    MSG* msg = (MSG*)message;
    switch (msg->message) {
    case WM_NCHITTEST:
        int winX = GET_X_LPARAM(msg->lParam);
        int winY = GET_Y_LPARAM(msg->lParam);
...
}

例如，在原生事件中，我们会接收到Windows传递来的参数

这些参数中的坐标，一定是物理坐标

我们需要将其转换为Qt内部逻辑坐标，才能继续使用

这里也有两种情况

如果你只有一块显示器，那么很简单，缩放中心就是左上角（0,0），直接winX / scale即可
如果你有多块显示器，而且DPI还不一样，那么问题就大发了

假如你的窗口又正好不在主显示器上，那么该显示器的左上角就不是（0,0）了，因为显示器上的坐标是唯一的

这个时候的转换稍微麻烦一点

首先，我们要获取Qt物理像素和逻辑像素的比值，也就是devicePixelRatio，一般等于Windows缩放比

C++ 复制代码

qreal Util::devicePixelRatio(QWidget* widget)
{
    qreal dprScale = 1.0;
    QScreen *screen = QGuiApplication::screenAt(widget->pos());
    if (screen != nullptr) {
        dprScale = screen->devicePixelRatio(); //物理像素/逻辑像素，也就是Windows缩放比
    } else {
        // 在屏幕之间拖动时，会有短暂的nullptr的情况！
        dprScale = QGuiApplication::primaryScreen()->devicePixelRatio();
    }
    return dprScale;
}

这里要注意，在屏幕之间拖动时，会有短暂的nullptr的情况，我们要处理这种情况，赋予默认值，否则就会空指针异常，然后崩溃（C++基操）

然后，我们要基于缩放比进行计算

C++ 复制代码

const float DPR = Util::devicePixelRatio(this); //like 1.25 1.5 1.75 2.0
// 获取屏幕的几何信息
QScreen *screen = QGuiApplication::screenAt(this->pos());
QRect screenGeometry = screen->geometry(); //logical!
// 转换物理坐标为Qt的逻辑坐标
QPoint logicalPos;
logicalPos = (QPoint(winX, winY) - screenGeometry.topLeft()) / DPR;
logicalPos += screenGeometry.topLeft();

大致思想就是，将物理坐标减去该显示器左上角坐标，假装自己是主显示器，左上角为（0,0），这样就可以进行简单乘除缩放了

缩放完毕后，再把刚刚减去的偏移量加回来即可得到Qt的逻辑坐标

真的是这样吗？

还记得我说过什么吗

Qt内部采用的是逻辑坐标

那么，screen->geometry()不也就是逻辑坐标吗？

在多显示器情况下，假设现在的screen不是主屏幕，那么screenGeometry.topLeft()就有可能与物理坐标不想等

那么一个物理坐标（QPoint(winX, winY)）减去一个逻辑坐标（screenGeometry.topLeft()），结果是显而易见的

假如主屏幕（或前几块屏幕）的Windows缩放不是100%，就会爆炸（假如逻辑坐标连续）

僵局

那么既然Qt内部函数返回的都是逻辑坐标，自然不可能找到一个能将逻辑坐标转换物理坐标的函数了

那么不是死锁了嘛

要不我们再看一眼官方文档吧

DprGadget

诶，Qt6居然比Qt5多出个小工具（DprGadget），貌似是用于高DPI Debug用的，看到几个Native字样，让我扒一扒你用了什么神奇函数

c++ 复制代码

QPlatformWindow *platformWindow = windowHandle()->handle();
nativeSizeLabel->setText(QString("native size %1 %2").arg(platformWindow->geometry().width())
                         						.arg(platformWindow->geometry().height()));

什么！等一下，QPlatformWindow，这个名字一听就很物理坐标啊（而且label的名字也包含native），快让我康康！

原来是用了#include <QtGui/qpa/qplatformwindow.h>头文件，よし

诶不过，为什么提示Not Found

有经验的小伙伴应该敏锐地察觉到了，这种情况要么是版本不对，要么是缺少模块

很快啊，我反手就打开了他的.pro文件

pro 复制代码

QT += widgets gui_private

好家伙，gui_private模块，藏着掖着，好好好，这么玩是吧

果然可以用了！

不过别急，来都来了，我们深挖一下

首先，#include <QtGui/qpa/qplatformwindow.h>中的qpa指的是什么

全称为：Qt Platform Abstraction，一听就很不跨平台啊

但是很接地气，显然是我们想要的

让我看看都有什么类

c++ 复制代码

QAbstractEventDispatcher
QPlatformAccessibility
QPlatformBackingStore
QPlatformClipboard
QPlatformCursor
QPlatformDrag
QPlatformFontDatabase
QPlatformGraphicsBuffer
QPlatformInputContext
QPlatformNativeInterface
QPlatformOffscreenSurface
QPlatformOpenGLContext
QPlatformScreen
QPlatformServices
QPlatformSharedGraphicsCache
QPlatformSurface
QPlatformWindow

这个QPlatformScreen一听就很香啊，依葫芦画瓢

c++ 复制代码

//QScreen::handle() -> QPlatformScreen*
QScreen::handle()->geometry()

这样就得到了真真正正的物理坐标！！哭辽

more more

事情到这里就结束了吗，大概也许

但是你不觉得，获取屏幕左上角物理坐标，然后再四则运算一下，有点冗余吗

你想想，Qt内部采用逻辑坐标，渲染采用物理坐标，那么肯定有转换函数存在呀！

说时迟那时快（？），你想想：QCursor::pos()

QCursor::pos()返回的是逻辑坐标，但是要在Windows上获取鼠标坐标，肯定调用了Windows API（物理坐标）啊

那么其内部必然有转换函数

很快啊，我直接打开Qt5 QCurosr::pos()源码

c++ 复制代码

QPoint QCursor::pos()
{
    return QCursor::pos(QGuiApplication::primaryScreen());
}

QPoint QCursor::pos(const QScreen *screen)
{
    if (screen) {
        if (const QPlatformCursor *cursor = screen->handle()->cursor()) {
            const QPlatformScreen *ps = screen->handle();
            QPoint nativePos = cursor->pos(); //原生物理坐标
            ps = ps->screenForPosition(nativePos); //寻找nativePos所在Screen
            return QHighDpi::fromNativePixels(nativePos, ps->screen()); //
        }
    }
    return QGuiApplicationPrivate::lastCursorPosition.toPoint();
}

这不看不得了啊，一看就留口水啊

QHighDpi::fromNativePixels，这么好用的函数你不拿出来给大家伙用！

QCursor::pos()

我们先来看一下QCursor::pos()的逻辑啊

有两个重载，无参版本默认把主显示器传给了有参版本

这里，我们可能会疑惑，诶，为什么需要QScreen参数呢，光标坐标和屏幕有关吗

别急，接着往下看

首先，获取了原生屏幕指针（QPlatformScreen），然后通过QPlatformCursor获取到了光标的原生物理坐标（nativePos）

接着通过ps = ps->screenForPosition(nativePos)更新了屏幕指针，这是为什么呢

c++ 复制代码

/*!
  Find the sibling screen corresponding to \a globalPos.
  Returns this screen if no suitable screen is found at the position.
 */
const QPlatformScreen *QPlatformScreen::screenForPosition(const QPoint &point) const
{
    if (!geometry().contains(point)) {
        const auto screens = virtualSiblings();
        for (const QPlatformScreen *screen : screens) {
            if (screen->geometry().contains(point))
                return screen;
        }
    }
    return this;
}

我们可以看到，注释和代码里都提到了一个词：sibling

来看一下Qt文档的解释

c++ 复制代码

QList<QScreen *> QScreen::virtualSiblings() const
//Get the screen's virtual siblings.

//The virtual siblings are the screen instances sharing the same virtual desktop. They share a common coordinate system, and windows can //freely be moved or positioned across them without having to be re-created.

所以，sibling screens也就是一个虚拟桌面内的所有相邻显示器，一般情况下与qApp->screens()相等

因此，screenForPosition()会遍历屏幕，找到鼠标光标所在的那一块

所以我们不必纠结，为什么一开始传入的是primaryScreen()，会不会不准确

其实传入什么screen都可以，只要在同一个虚拟桌面内，会自行定位

这里传入一个指针，是为了定位虚拟桌面而已

more more more：QHighDpi::fromNativePixels

顾名思义，我们已经知道了他可以从物理坐标（原生像素）转化为逻辑坐标

那么稍微看一下源码吧

c++ 复制代码

template <typename T, typename C>
T fromNativePixels(const T &value, const C *context)
{
    QPoint nativePosition = position(value); //转换为QPoint
    QHighDpiScaling::ScaleAndOrigin so = QHighDpiScaling::scaleAndOrigin(context, &nativePosition);
    return scale(value, qreal(1) / so.factor, so.origin);
}

OK，很短，就三行，我们先来看看QHighDpiScaling::scaleAndOrigin

c++ 复制代码

QHighDpiScaling::ScaleAndOrigin QHighDpiScaling::scaleAndOrigin(const QPlatformScreen *platformScreen, QPoint *nativePosition)
{
    if (!m_active)
        return { qreal(1), QPoint() };
    if (!platformScreen)
        return { m_factor, QPoint() }; // the global factor
    const QPlatformScreen *actualScreen = nativePosition ?
        platformScreen->screenForPosition(*nativePosition) : platformScreen;
    return { m_factor * screenSubfactor(actualScreen), actualScreen->geometry().topLeft() };
}

这里再次调用screenForPosition()定位了光标所在屏幕，非常严谨

返回值有俩：

计算缩放比：m_factor * screenSubfactor(actualScreen)，巴拉巴拉bomb，可能是内部缩放比 * 外部缩放比？不管了
计算光标所在屏幕的左上角物理坐标：actualScreen->geometry().topLeft()

这第二个就是重点了，跟我们自行计算的方法有异曲同工之妙，不过他这里获取到的是真真正正的物理坐标

然后调用scale(value, qreal(1) / so.factor, so.origin)进行最后的计算

c++ 复制代码

inline QPoint scale(const QPoint &pos, qreal scaleFactor, QPoint origin = QPoint(0, 0))
{
     return (pos - origin) * scaleFactor + origin;
}

哎呀，这不就是我们的计算公式吗

先减去左上角的坐标，归一化为（0,0），然后直接乘除缩放比，再把左上角加回来 hhhhhh

啊，哈，啊哈哈哈

and MORE!

事情远远没有这么简单（已经很复杂了好嘛喂）

如图，经过测试，每一块屏幕的虚拟坐标系（黄色区域）是单独计算的，其左上角坐标就是物理坐标，（虽然Size是缩放过的）

测试设备为：4K显示器（150%缩放） + 1080P显示器（100%缩放）

物理坐标系 & 逻辑坐标系（黄）

惊天大发现，也就是说，虚拟坐标系中的每一块屏幕是不连续的！

鼠标从右边屏幕的左侧边缘，移动到左侧显示器的右边缘，在Qt内部，逻辑坐标是会发生突变的

(3840,1071) -> (2559,720)

所以，如图所示，每一块显示器的QScreen::geometry().topLeft()其实是准确的物理坐标，（虽然其Size是逻辑值）

因此，第一种转换方案其实也没问题，但是QHighDpi::fromNativePixels显然更简单hhhh

如果不想引入private模块，直接用第一种方式四则运算自行转换也行

Conclusion

其实如果与Windows 原生API交互不是太多的话，Qt自带的高DPI适配已经足够优秀了，毕竟是跨平台的，推荐使用

如果有少量Windows API话，可以手动缩放一下坐标，问题不大

Peace

嘛，反正Qt作为一个看似是前端（传统前端还有浏览器屏蔽细节呢）其实比全栈还要麻烦（要考虑底层系统交互）的技术点

只能说坑是踩不完的，而且国内用户其实不是很多，资料也不好找

不说了，都是泪，且看且珍惜，我午饭还没吃呢

Ref

QIcon 类 | Qt 图形用户界面 6.6.2 --- QIcon Class | Qt GUI 6.6.2

高DPI | Qt 6.6 --- High DPI | Qt 6.6

Qt之高DPI显示器 - 解决方案整理 - 知乎 (zhihu.com)

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_qt 屏幕分辨率-CSDN博客

Qt高清DPI下的显示，自适应分辨率 qt-CSDN博客

Qt Windows高清DPI自适应分辨率缩放，比较完美的解决方案-CSDN博客

目前Qt有没有比较好解决高分屏下缩放显示的方案？ - 知乎 (zhihu.com)

Qt 高DPI缩放（高分屏适配）技术简析

前情提要

怎办

逻辑DPI vs 物理DPI

Windows原生DPI感知 vs Qt高DPI缩放

Windows DPI感知

Qt高DPI缩放

Who is better

Qt 高DPI缩放的原理

Problem

真的是这样吗？

僵局

more

more more

QCursor::pos()

more more more：QHighDpi::fromNativePixels

and MORE!

Other Problem

Conclusion

Peace

Ref