Qt隐式共享机制
1、浅拷贝
浅拷贝-引用类型。浅拷贝是指源对象与拷贝对象共用一份实体,仅仅是引用的变量不同(名称不同),对其中任何一个对象的改动都会影响另外一个对象。
2、深拷贝
而深拷贝-值类型。深拷贝是指源对象与拷贝对象互相独立,其中任何一个对象的改动都不会对另外一个对象造成影响。
3、隐式共享:
隐式共享又叫做回写复制。当两个对象共享同一份数据时(通过浅拷贝实现数据块的共享),如果数据不改变,不进行数据的复制。而当某个对象需要改变数据时则执行深拷贝。
采用隐式共享技术,将深拷贝和浅拷贝有机地结合起来。
Qt中许多常用的类都使用了隐式共享技术,如QString、QImage、容器类、绘图相关类等等。
1
2 3 4 5 |
QString str1 = "ubuntu";
QString str2 = str1; //str2 = "ubuntu" str2[2] = "m"; //str2 = "ubmntu",str1 = "ubuntu" str2[0] = "o"; //str2 = "obmntu",str1 = "ubuntu" str1 = str2; //str1 = "obmntu", |
解释:
line1: 初始化一个内容为"ubuntu"的字符串;
line2: 将字符串对象str1赋值给另外一个字符串str2(由QString的拷贝构造函数完成str2的初始化)。
在对str2赋值的时候,会发生一次浅拷贝,导致两个QString对象都会指向同一个数据结构。该数据结构除了保存字符串“ubuntu”之外,还保存一个引用计数器,用来记录字符串数据的引用次数。此处,str1和str2都指向同一数据结构,所以此时引用计数器的值为2.
line3: 对str2做修改,将会导致一次深拷贝,使得对象str2指向一个新的、不同于str1所指的数据结构(该数据结构中引用计数器值为1,只有str2是指向该结构的),同时修改原来的、str1所指向的数据结构,设置它的引用计数器值为1(此时只有str1对象指向该结构);并在这个str2所指向的、新的数据结构上完成数据的修改。引用计数为1就意味着该数据没有被共享。
line4: 进一步对str2做修改,不过不会引起任何形式的拷贝,因为str2所指向的数据结构没有被共享。
line5: 将str2赋给str1.此时,str1修改它指向的数据结构的引用计数器的值位0,表示没有QString类的对象再使用这个数据结构了;因此str1指向的数据结构将会从从内存中释放掉;这一步操作的结构是QString对象str1和str2都指向了字符串为“obmntu”的数据结构,该结构的引用计数为2。
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
void QPen::setStyle(Qt::PenStyle style)
{ detach(); // detach from common data d->style = style; // set the style member } void QPen::detach() { if (d->ref != 1) { ... // perform a deep copy } } |
使用隐式共享的QPen类与更改内部数据的所有成员函数中的共享数据分离。
隐式共享主要发生在幕后; 程序员很少需要担心它。 但是,Qt的容器迭代器具有与STL不同的行为。
隐式共享对STL样式的迭代器有另一个影响:当迭代器在该容器上处于活动状态时,应避免复制容器。 迭代器指向内部结构,如果复制容器,则应该非常小心迭代器。 例如:
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 |
QVector<int> a, b;
a.resize(100000); // make a big vector filled with 0. QVector<int>::iterator i = a.begin(); // WRONG way of using the iterator i: b = a; /* Now we should be careful with iterator i since it will point to shared data If we do *i = 4 then we would change the shared instance (both vectors) The behavior differs from STL containers. Avoid doing such things in Qt. */ a[0] = 5; /* Container a is now detached from the shared data, and even though i was an iterator from the container a, it now works as an iterator in b. Here the situation is that (*i) == 0. */ b.clear(); // Now the iterator i is completely invalid. int j = *i; // Undefined behavior! /* The data from b (which i pointed to) is gone. This would be well-defined with STL containers (and (*i) == 5), but with QVector this is likely to crash. */ |
4、自定义隐式共享类
实现自己的隐式共享类时,请使用QSharedData和QSharedDataPointer类。
下面,我们以一个员工类为例,来实现一个隐式共享类。步骤如下:
定义类Emplyee,该类只有一个唯一的数据成员,类型为QSharedDataPointer<EmployeeData>。
定义类EmployeeData类,其派生自QSharedData。该类中包含的就是原本应该放在Employee类中的那些数据成员。
类定义如下:
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 |
#include <QSharedData>
#include <QString> class EmployeeData : public QSharedData { public: EmployeeData() : id(-1) { } EmployeeData(const EmployeeData &other) : QSharedData(other), id(other.id), name(other.name) { } ~EmployeeData() { } int id; QString name; }; class Employee { public: Employee() { d = new EmployeeData; } Employee(int id, const QString &name) { d = new EmployeeData; setId(id); setName(name); } Employee(const Employee &other) : d (other.d) { } void setId(int id) { d->id = id; } void setName(const QString &name) { d->name = name; } int id() const { return d->id; } QString name() const { return d->name; } private: QSharedDataPointer<EmployeeData> d; }; |
解释:
在Employee类中,要注意这个数据成员d。所有对employee数据的访问都必须经过d指针的operator->()来操作。对于写访问,operator->()会自动的调用detach(),来创建一个共享数据对象的拷贝,如果该共享数据对象的引用计数大于1的话。也可以确保向一个Employee对象执行写入操作不会影响到其他的共享同一个EmployeeData对象的Employee对象。
类EmployeeData继承自QSharedData,它提供了幕后的引用计数。
在幕后,无论何时一个Employee对象被拷贝、赋值或作为参数传,QSharedDataPointer会自动增加引用计数;无论何时一个Employee对象被删除或超出作用域,QSharedDataPointer会自动递减引用计数。当引用计数为0时,共享的EmployeeData对象会被自动删除。
void setId(int id) { d->id = id; }
void setName(const QString &name) { d->name = name; }
在Employee类的非const成员函数中,无论何时d指针被解引用,QSharedDataPointer都会自动的调用detach()函数来确保该函数作用于一个数据拷贝上。并且,在一个成员函数中,如果对d指针进行了多次解引用,而导致调用了多次detach(),也只会在第一次调用时创建一份拷贝。
int id() const { return d->id; }
QString name() const { return d->name; }
但在Employee的const成员函数中,对d指针的解引用不会导致detach()的调用。
还有,没必要为Employee类实现拷贝构造函数或赋值运算符,因为C++编译器提供的拷贝构造函数和赋值运算符的逐成员拷贝就足够了。
因为,我们唯一需要拷贝的就是d指针,而该指针是一个QSharedDataPointer,它的operator=()仅仅是递增了共享对象EmployeeData的引用计数。
如果要使用显式共享,请使用QExplicitySharedDataPointer。
5、总结
最大化资源有效利用,最小化复制克隆操作。
深入理解: