Qt6 常用数据结构

Qt6 常用数据结构详解

Qt6 提供了丰富的数据结构类，这些类在 Qt 应用程序开发中广泛使用。本文将详细介绍 Qt6 中常用的数据结构，包括它们的特性、用法和最佳实践。

一、容器类 (Containers)

Qt6 提供了一套模板化的容器类，类似于 STL，但专为 Qt 设计，具有更好的集成性和性能。

1.1 顺序容器 (Sequence Containers)

1.1.1 QList

QList 是 Qt 中最常用的顺序容器之一，适用于大多数情况下的列表操作。

#include <QList>

QList<QString> names;
names << "Alice" << "Bob" << "Charlie";

// 访问元素
QString first = names.first();  // "Alice"
QString last = names.last();    // "Charlie"

// 添加元素
names.append("David");

// 插入元素
names.insert(1, "Eve");

// 删除元素
names.removeAt(2);  // 删除第三个元素

特点​​：

• 内部实现为数组或链表，取决于大小
• 随机访问效率高（O(1)）
• 插入和删除效率取决于位置（头部 O(1)，中间/尾部 O(n)）

1.1.2 QVector

QVector 类似于 std::vector，提供动态数组功能。

#include <QVector>

QVector<int> numbers;
numbers<< 1 << 2 << 3;

// 访问元素
int first = numbers.first();  // 1
int last = numbers.last();    // 3

// 添加元素
numbers.append(4);

// 插入元素
numbers.insert(1, 5);

// 删除元素
numbers.removeAt(2);  // 删除第三个元素

特点​​：

• 连续内存存储
• 随机访问效率高（O(1)）
• 插入和删除效率较低（O(n)）

1.1.3 QLinkedList

QLinkedList 提供双向链表功能。

#include <QLinkedList>

QLinkedList<QString> names;
names << "Alice" << "Bob" << "Charlie";

// 访问元素（不如QList方便）
QString first = names.first();  // "Alice"
QString last = names.last();    // "Charlie"

// 添加元素
names.append("David");

// 插入元素
names.insert(names.begin() + 1, "Eve");

// 删除元素
names.removeOne("Bob");

特点​​：

• 插入和删除效率高（O(1)）
• 随机访问效率低（O(n)）
• 内存不连续

1.2 关联容器 (Associative Containers)

1.2.1 QMap

QMap 提供键值对存储，按键排序。

#include <QMap>

QMap<QString, int> ageMap;
ageMap["Alice"] = 25;
ageMap["Bob"] = 30;
ageMap["Charlie"] = 35;

// 访问元素
int aliceAge = ageMap["Alice"];  // 25

// 遍历
for (auto it = ageMap.begin(); it != ageMap.end(); ++it) {
    qDebug() << it.key() << ":" << it.value();
}

// 查找
if (ageMap.contains("Bob")) {
    qDebug() << "Found Bob";
}

​​特点​​：

• 键值对存储
• 自动按键排序
• 查找效率高（O(log n)）

1.2.2 QHash

QHash 类似于 QMap，但不保证顺序。

#include <QHash>

QHash<QString, int> ageHash;
ageHash["Alice"] = 25;
ageHash["Bob"] = 30;
ageHash["Charlie"] = 35;

// 访问元素
int aliceAge = ageHash["Alice"];  // 25

// 遍历
for (auto it = ageHash.begin(); it != ageHash.end(); ++it) {
    qDebug() << it.key() << ":" << it.value();
}

// 查找
if (ageHash.contains("Bob")) {
    qDebug() << "Found Bob";
}

特点​​：

• 键值对存储
• 不保证顺序
• 查找效率通常比 QMap 高（O(1) 平均情况）

1.2.3 QSet

QSet 提供唯一元素的集合。

#include <QSet>

QSet<QString> names;
names << "Alice" << "Bob" << "Charlie";

// 添加元素
names.insert("David");

// 删除元素
names.remove("Bob");

// 检查存在
if (names.contains("Alice")) {
    qDebug() << "Found Alice";
}

// 遍历
for (const QString &name : names) {
    qDebug() << name;
}

特点​​：

• 唯一元素集合
• 不保证顺序
• 查找效率高（O(1) 平均情况）

1.3 容器适配器

1.3.1 QStack

QStack 提供后进先出（LIFO）的栈结构。

#include <QStack>

QStack<int> stack;
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);

// 访问栈顶元素
int top = stack.top();  // 3

// 弹出栈顶元素
stack.pop();  // 移除3

// 检查是否为空
if (stack.isEmpty()) {
    qDebug() << "Stack is empty";
} else {
    qDebug() << "Stack is not empty";
}

特点​​：

• 后进先出（LIFO）
• 基于 QVector 实现

1.3.2 QQueue

QQueue 提供先进先出（FIFO）的队列结构。

#include <QQueue>

QQueue<int> queue;
queue.enqueue(1);
queue.enqueue(2);
queue.enqueue(3);

// 访问队首元素
int front = queue.head();  // 1

// 出队
queue.dequeue();  // 移除1

// 检查是否为空
if (queue.isEmpty()) {
    qDebug() << "Queue is empty";
} else {
    qDebug() << "Queue is not empty";
}

​​特点​​：

• 先进先出（FIFO）
• 基于 QList 实现

二、字符串类 (String Classes)

2.1 QString

QString 是 Qt 中处理 Unicode 字符串的主要类。

#include <QString>

QString str = "Hello, World!";

// 拼接字符串
str += " Welcome to Qt.";

// 子字符串
QString sub = str.mid(7, 5);  // "World"

// 查找子字符串
int pos = str.indexOf("Qt");  // 13

// 替换
str.replace("Qt", "C++");

// 转换大小写
QString upper = str.toUpper();  // "HELLO, WORLD! WELCOME TO C++."

特点​​：

• Unicode 支持
• 高效的内存管理
• 丰富的字符串操作函数

2.2 QByteArray

QByteArray 用于处理原始字节数据。

#include <QByteArray>

QByteArray data = "Hello";

// 转换为十六进制
QString hex = data.toHex();  // "48656c6c6f"

// 追加数据
data.append(" World");

// 查找子字节序列
int pos = data.indexOf("World");  // 6

// 转换为整数
bool ok;
int num = data.left(3).toInt(&ok, 16);  // 如果data是"1a2"，则num=418

特点​​：

• 处理二进制数据
• 高效的内存管理
• 支持多种编码转换

三、日期和时间类 (Date and Time Classes)

3.1 QDate

QDate 表示公历日期。

#include <QDate>

QDate today = QDate::currentDate();
QDate specificDate(2023, 12, 25);

// 日期操作
QDate tomorrow = today.addDays(1);
QDate lastMonth = today.addMonths(-1);

// 格式化
QString formatted = today.toString("yyyy-MM-dd");  // "2023-11-15"

// 比较
if (today > specificDate) {
    qDebug() << "Today is after Dec 25, 2023";
} else {
    qDebug() << "Today is before or on Dec 25, 2023";
}

特点​​：

• 公历日期表示
• 丰富的日期操作函数
• 支持多种日期格式

3.2 QTime

QTime 表示时间（小时、分钟、秒、毫秒）。

#include <QTime>

QTime now = QTime::currentTime();
QTime specificTime(14, 30, 0);  // 14:30:00

// 时间操作
QTime later = now.addSecs(3600);  // 加1小时
QTime earlier = now.addSecs(-1800);  // 减30分钟

// 格式化
QString formatted = now.toString("hh:mm:ss");  // "14:30:45"

// 比较
if (now > specificTime) {
    qDebug() << "Current time is after 14:30:00";
} else {
    qDebug() << "Current time is before or on 14:30:00";
}

特点​​：

• 时间表示（小时、分钟、秒、毫秒）
• 丰富的时间操作函数
• 支持多种时间格式

3.3 QDateTime

QDateTime 结合 QDate 和 QTime 表示日期和时间。

#include <QDateTime>

QDateTime now = QDateTime::currentDateTime();
QDateTime specificDateTime(QDate(2023, 12, 25), QTime(14, 30, 0));

// 日期时间操作
QDateTime later = now.addSecs(3600);  // 加1小时
QDateTime earlier = now.addSecs(-1800);  // 减30分钟

// 格式化
QString formatted = now.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");  // "2023-11-15 14:30:45"

// 比较
if (now > specificDateTime) {
    qDebug() << "Current datetime is after Dec 25, 2023 14:30:00";
} else {
    qDebug() << "Current datetime is before or on Dec 25, 2023 14:30:00";
}

特点​​：

• 结合日期和时间
• 丰富的日期时间操作函数
• 支持多种日期时间格式

四、文件和I/O类 (File and I/O Classes)

4.1 QFile

QFile 用于文件操作。

#include <QFile>
#include <QTextStream>

QFile file("example.txt");
if (file.open(QIODevice::ReadWrite | QIODevice::Text)) {
    QTextStream in(&file);
    QString content = in.readAll();
    file.seek(0);
    QTextStream out(&file);
    out << "New content\n" << content;
    file.close();
}

特点​​：

• 文件读写操作
• 支持多种打开模式
• 与 QTextStream 结合使用方便文本处理

4.2 QTextStream

QTextStream 用于文本流处理。

#include <QTextStream>
#include <QString>

QString data = "Hello, World!";
QTextStream out(stdout);
out << data << Qt::endl;

QFile file("output.txt");
if (file.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
    QTextStream stream(&file);
    stream << "Writing to file\n";
    file.close();
}

特点​​：

• 文本流处理
• 支持多种编码
• 方便的格式化输出

4.3 QDataStream

QDataStream 用于二进制数据流处理。

#include <QDataStream>
#include <QFile>
#include <QString>

QFile file("data.bin");
if (file.open(QIODevice::WriteOnly)) {
    QDataStream out(&file);
    out << QString("Hello") << 42 << 3.14;
    file.close();
}

if (file.open(QIODevice::ReadOnly)) {
    QDataStream in(&file);
    QString str;
    int num;
    double pi;
    in >> str >> num >> pi;
    file.close();
    qDebug() << str << num << pi;  // "Hello" 42 3.14
}

特点​​：

• 二进制数据流处理
• 支持多种数据类型
• 方便的序列化和反序列化

五、容器类的使用技巧

5.1 选择合适的容器

• ​​顺序访问频繁​​：使用 QVector 或 QList
• ​​键值对存储​​：使用 QMap 或 QHash
• ​​唯一元素集合​​：使用 QSet
• ​​栈结构​​：使用 QStack
• ​​队列结构​​：使用 QQueue

5.2 性能优化

• ​​预分配内存​​：对于已知大小的容器，使用 reserve() 预分配内存
• ​​避免不必要的拷贝​​：使用引用或指针传递大型对象
• ​​选择合适的数据结构​​：根据访问模式选择最合适的容器

5.3 安全使用

• ​​检查边界​​：在访问容器元素前，确保索引有效
• ​​处理空容器​​：在使用容器前，检查是否为空
• ​​线程安全​​：在多线程环境中，使用适当的同步机制

六、总结

Qt6 提供了丰富的数据结构类，涵盖了从基本容器到高级数据结构的各种需求。合理选择和使用这些数据结构，可以大大提高开发效率和程序性能。同时，掌握这些数据结构的使用技巧和最佳实践，对于编写高效、健壮的 Qt 应用程序至关重要。

通过本文的介绍，希望读者能够更好地理解和使用 Qt6 中的常用数据结构，从而在实际开发中得心应手。