foreach、qAsConst用法总结

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#Qt #STL容器 #foreach、范围循环

于 2022-04-03 11:26:01 首次发布

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本文详细介绍了Qt中的foreach关键字及其在遍历容器如QVector、QMap、QHash等时的使用，着重讲解了隐式共享和detach的概念，以及如何避免在foreach循环中对原始容器的意外修改。同时提到了qAsConst函数的应用，以优化基于范围的循环性能。

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预备知识

本文要用到Qt的detach、隐式共享技术，如果对这两种技术不了解的读者，请在qt官方自带的Assistant 中的“索引”tab页的搜索框中输入implicitly shared，就可以看到Qt官方的阐述。关于Qt的隐式共享detach的理解，可参考《Qt隐式共享detach函数的理解》。

foreach说明

foreach关键字是Qt中用于遍历容器的一个关键字，是Qt官方自己实现的，其不是C++标准中存在的关键字。其语法如下：

foreach (variable, container)

利用foreach可以对Qt自己的容器如：QVector、QMap、 QHash、QLinkedList、QList进行遍历，如下：


  QLinkedList<QString> list;
  ...
  foreach (const QString &str, list) {
      if (str.isEmpty())
          break;
      qDebug() << str;
  }

对于QMap、 QHash键值对类型遍历如下：

    QMap<int, QString> mpStudent;
    mpStudent[0] = "dan";
    mpStudent[1] = "shi";
    mpStudent[2] = "ming";

	foreach(auto var, mpStudent)
	{
		qDebug() << var<< "\r\n";
	}

结果如下：

可以看到，将foreach运用于QMap、QHash遍历时，默认返回QMap、QHash键值对的值部分。如果要遍历QMap、QHash的键部分，可将foreach语句改为如下：

foreach(auto var, mpStudent.keys())

如果要遍历键又要遍历值，则请用迭代器。

foreach也可以遍历STL的容器，如下：

    vector<int>vtSTLTest;

	for (auto i = 0; i < 10; ++i)
	{
		vtSTLTest.push_back(i);
	}
	foreach(auto var, vtSTLTest)
	{
		qDebug() << var << "\r\n";
	}

Qt进入到foreach循环后，会将容器自动拷贝一份，因为Qt的容器都是隐式共享的（类似于智能指针），所以拷贝Qt自己的容器过程非常快，几乎对性能没啥大的影响，但因为STL的容器没有像Qt自己的容器那样实现隐式共享，所以如果拷贝的是STL容器，有时代价是昂贵的。因为foreach自动拷贝了原来的容器，所以在foreach循环内，对容器的更改只会影响到拷贝的容器，对于原始容器则不会有影响，基于这一点，在foreach语法中，variable不能为非常量的引用，只能为值传递或常量引用，否则就可以对原始容器进行更改了，因此下面的语法，编译器都会报错

   vector<int>vtSTLTest;

	for (auto i = 0; i < 10; ++i)
	{
		vtSTLTest.push_back(i);
	}
	foreach(auto& var, vtSTLTest)
	{
		var[1] = 2;
		qDebug() << var << "\r\n";
	}

试图修改原始容器索引为1的元素，会报错

    vector<int>vtSTLTest;

	for (auto i = 0; i < 10; ++i)
	{
		vtSTLTest.push_back(i);
	}
	foreach(int& var, vtSTLTest)
	{
		qDebug() << var << "\r\n";
	}

非常量的int引用会导致原始容器被修改，所以会报错。

foreach(int& var, vtSTLTest)

将上面一句代码改为：

foreach(const int& var, vtSTLTest)

或改为：

foreach(int var, vtSTLTest)

不会报错，这种情况下，不会导致对原始容器更改。

如果在用foreach遍历容器时，外部更改了原始容器，则它不会影响foreach循环，即foreach循环输出的依然是原始容器未修改的值，这证明foreach确实复制了原始容器，操作的是复制容器而不是原始容器。如下：

#include "QtWidgetsApplication2.h"
#include <QVector>
#include <map>
#include <thread>
using namespace  std;
 
void fun(QVector<int>& vtQTest)
{
	for (auto i = 0; i < 10; ++i)
	{
		vtQTest[i] = i+2;
	}
}

QtWidgetsApplication2::QtWidgetsApplication2(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    ui.setupUi(this);

	QVector<int>vtQTest;
	for (auto i = 0; i < 10; ++i)
	{
		vtQTest.push_back(i);
	}

    std::thread* p{nullptr};
    foreach ( int var ,vtQTest)
    {
        if (nullptr == p)
        {
            p = new std::thread(fun, std::ref(vtQTest));

            // 等待5秒，以便原始容器内的值能被线程全部更改完
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(5000)); 
        }
 
        // 虽然上面线程修改了原始容器，但这里依然输出的是未修改的值
        qDebug() << var << "\r\n";
    }


	foreach(int var, vtQTest)  
	{
	    // 进入到这个foreach，会重新拷贝一份vtQTest，而vtQTest在上面的线程中
        // 被更改了，所以这里输出的更改后的值。
		qDebug() << "new :" << var << "\r\n";
	}
   
}

输出如下：

Qt大量数据结构采取隐式共享、写时复制，for()操作非const容器时，循环内部可能会有一些操作导致detach发生，一旦detach发生，就会导致复制整个容器。如下基于范围的循环可能导致Qt库容器会执行detach操作：


      QString s = ...;
      for (QChar ch : s) // detaches 's' (performs a deep-copy if 's' was shared)
          process(ch);

上述代码是用for实现的基于范围的循环，符合C++11标准语法。当process函数对ch进行更改操作时，s就会被detach，之后再深拷贝出一个和s一样的对象，而有时候我们不想被detach和深拷贝。但换成如下的foreach,则s不会被detach，仅仅进行指针级的浅拷贝：

      QString s = ...;
      foreach (QChar ch, s)  
          process(ch);

但是在STL的容器上用foreach，却会导致复制操作，前文已经说过，STL的容器没有实现隐式共享，这有时会导致复制的代价很高，对性能和效率有影响。为了兼顾这两者，Qt官方给出了如下建议：

对于Qt自己实现的容器，如：QVector、QMap、 QHash、QLinkedList、QList等，建议用foreach进行循环。
对于STL的容器，建议用for（var : container）基于范围的循环。

qAsConst

自Qt 5.7版本以来，引入了qAsConst函数，该函数Qt官方的解释如下：

This function is a Qt implementation of C++17's std::as_const(),this function turns non-const lvalues into const lvalues
Added qAsConst function to help using non-const Qt containers in C++11 range for loops
Its main use in Qt is to prevent implicitly-shared Qt containers from detaching

意思就是说：

这个函数实现了C++17标准中的std::as_const()函数的功能，将一个非常量的左值转为常量的左值。
增加qAsConst函数是为了Qt自己的非const 的容器能实现C++11标准的基于范围的循环。
该函数主要用于qt容器在隐式共享中不被detach。

从上文的描述，我们知道下面的代码：


      QString s = ...;
      for (QChar ch : s) // detaches 's' (performs a deep-copy if 's' was shared)
          process(ch);

当s被修改时，将会导致s被detach，继而再执行深拷贝，而下面的代码s不会被detach，当然也就不会再执行深拷贝了

 for (QChar ch : qAsConst(s)) // ok, no detach attempt
          process(ch);

当然，在这种情况下，你也许会说，像下面那样将s声明为const，也不会执被detach：


      const QString s = ...;
      for (QChar ch : s) // ok, no detach attempt on const objects
          process(ch);

但是在编程时、在现实中，声明为const往往不容易做到。

总结：对Qt自己实现的容器如：QVector、QMap、 QHash、QLinkedList、QList等，如果一定要用基于for（var : container）范围的循环，则请用如下形式：

for（var : qAsConst(container)）