QT的隐式共享(Implicit Sharing)

本文深入探讨了QT框架中隐式数据共享的概念、原理和应用,包括共享类的实现方式、引用计数机制、数据拷贝策略以及在不同QT类中的具体体现。详细阐述了如何利用隐式共享来优化内存使用、减少数据拷贝,同时提供了实例代码展示其在实际编程中的应用。

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        为了最大化使用系统资源,更少的内存拷贝,QT中的很多类使用了隐式数据共享。当传递参数时,使用隐式共享类既安全又高效,因为只传递对象指针。当对象中的数据被修改时,对象才会被拷贝。也就是我们常说的“写拷贝”(copy-on-write)。

 

概述:

        共享类由一个指向共享数据块的指针,此共享数据块包含对象的引用计数和对象的数据。

        当一个共享对象被创建时,它的引用计数设置为1。当一个新的对象引用了此对象,那么引用计数就会加1。反之,如果一个对象不再引用此对象,引用计数就会减1。而引用计数为0时,共享对象会被删除。

        有两种方法拷贝共享对象,我们通常叫做深拷贝和浅拷贝。深拷贝会复制对象,而浅拷贝是引用拷贝,只复制共享数据块的指针。深拷贝会占用较多内存和CPU资源,因为它仅仅设置指针的值,增加引用计数。

        隐式数据对象赋值(操作符=())操作使用浅拷贝。

        共享的优点,在不必要的情况下,程序不需要复制数据,从而减少内存使用和数据拷贝。对象能被简单的赋值,作为函数参数传递,并从函数返回。

        隐式数据的特性对于用户是透明的。程序员不需要去担心这些特性。甚至在多线的应用中,隐式共享的具体细节,在“ Threads and Implicitly Shared Classes”中有详细解释。

        如果想自定义隐式共享类,可以使用QSharedData和QSharedDataPointer。

 

隐式共享的具体细节:

        如果对象即将改变,并且引用计数大于1,隐式共享对象会自动从共享数据块中分离。(通常叫做写复制或值语义。)

        隐式共享类对内部数据操作敏感。任何成员函数修改了共享数据,在修改数据之前都会分离共享数据块。

        QPen使用了隐式共享。任何成员函数修改内部数据,都会导致共享数据块的分离。

        代码片段:

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
    }
}

 

类列表:

        下面列出的类在对象即将改变时,会自动从共享数据块分离。程序员甚至都没注意到对象的共享。因此,应该将这些单独的实例作为单独的对象对待。它们看上去就像单独的对象,但是却有共享对象的优点。因此,你可以将这些类的实例作为函数参数传递而不需要担心拷贝的开销。

例如:

QPixmap p1, p2;
p1.load("image.bmp");
p2 = p1;                        // p1 and p2 share data

QPainter paint;
paint.begin(&p2);               // cuts p2 loose from p1
paint.drawText(0,50, "Hi");
paint.end();

在这个例子中,p1和p2共享数据,直到QPainter::begin对p2调用,因为绘制操作会修改共享对象。

警告:当你使用非常量的标准模板库风格迭代器迭代隐式共享容器(QMap、QVector等等)时,不要拷贝这些容器。

QBitmap

The QBitmap class provides monochrome (1-bit depth) pixmaps.

QIcon

The QIcon class provides scalable icons in different modes and states.

QImage

The QImage class provides a hardware-independent image representation that allows direct access to the pixel data, and can be used as a paint device.

QPicture

The QPicture class is a paint device that records and replays QPainter commands.

QPixmap

The QPixmap class is an off-screen image representation that can be used as a paint device.

QCursor

The QCursor class provides a mouse cursor with an arbitrary shape.

QKeySequence

The QKeySequence class encapsulates a key sequence as used by shortcuts.

QPalette

The QPalette class contains color groups for each widget state.

QOpenGLDebugMessage

The QOpenGLDebugMessage class wraps an OpenGL debug message.

QBrush

The QBrush class defines the fill pattern of shapes drawn by QPainter.

QGradient

The QGradient class is used in combination with QBrush to specify gradient fills.

QPainterPath

The QPainterPath class provides a container for painting operations, enabling graphical shapes to be constructed and reused.

QPen

The QPen class defines how a QPainter should draw lines and outlines of shapes.

QPolygon

The QPolygon class provides a vector of points using integer precision.

QPolygonF

The QPolygonF class provides a vector of points using floating point precision.

QRegion

The QRegion class specifies a clip region for a painter.

QFont

The QFont class specifies a font used for drawing text.

QFontInfo

The QFontInfo class provides general information about fonts.

QFontMetrics

The QFontMetrics class provides font metrics information.

QFontMetricsF

The QFontMetricsF class provides font metrics information.

QGlyphRun

The QGlyphRun class provides direct access to the internal glyphs in a font.

QRawFont

The QRawFont class provides access to a single physical instance of a font.

QStaticText

The QStaticText class enables optimized drawing of text when the text and its layout is updated rarely.

QTextCursor

The QTextCursor class offers an API to access and modify QTextDocuments.

QTextDocumentFragment

The QTextDocumentFragment class represents a piece of formatted text from a QTextDocument.

QTextBlockFormat

The QTextBlockFormat class provides formatting information for blocks of text in a QTextDocument.

QTextCharFormat

The QTextCharFormat class provides formatting information for characters in a QTextDocument.

QTextFormat

The QTextFormat class provides formatting information for a QTextDocument.

QTextFrameFormat

The QTextFrameFormat class provides formatting information for frames in a QTextDocument.

QTextImageFormat

The QTextImageFormat class provides formatting information for images in a QTextDocument.

QTextListFormat

The QTextListFormat class provides formatting information for lists in a QTextDocument.

QTextTableCellFormat

The QTextTableCellFormat class provides formatting information for table cells in a QTextDocument.

QTextTableFormat

The QTextTableFormat class provides formatting information for tables in a QTextDocument.

QNetworkCacheMetaData

The QNetworkCacheMetaData class provides cache information.

QHttpPart

The QHttpPart class holds a body part to be used inside a HTTP multipart MIME message.

QNetworkCookie

The QNetworkCookie class holds one network cookie.

QNetworkRequest

The QNetworkRequest class holds a request to be sent with QNetworkAccessManager.

QNetworkConfiguration

The QNetworkConfiguration class provides an abstraction of one or more access point configurations.

QDnsDomainNameRecord

The QDnsDomainNameRecord class stores information about a domain name record.

QDnsHostAddressRecord

The QDnsHostAddressRecord class stores information about a host address record.

QDnsMailExchangeRecord

The QDnsMailExchangeRecord class stores information about a DNS MX record.

QDnsServiceRecord

The QDnsServiceRecord class stores information about a DNS SRV record.

QDnsTextRecord

The QDnsTextRecord class stores information about a DNS TXT record.

QNetworkAddressEntry

The QNetworkAddressEntry class stores one IP address supported by a network interface, along with its associated netmask and broadcast address.

QNetworkInterface

The QNetworkInterface class provides a listing of the host's IP addresses and network interfaces.

QNetworkProxy

The QNetworkProxy class provides a network layer proxy.

QNetworkProxyQuery

The QNetworkProxyQuery class is used to query the proxy settings for a socket.

QSslCertificate

The QSslCertificate class provides a convenient API for an X509 certificate.

QSslCertificateExtension

The QSslCertificateExtension class provides an API for accessing the extensions of an X509 certificate.

QSslCipher

The QSslCipher class represents an SSL cryptographic cipher.

QSslConfiguration

The QSslConfiguration class holds the configuration and state of an SSL connection

QSslError

The QSslError class provides an SSL error.

QSslKey

The QSslKey class provides an interface for private and public keys.

QDebug

Output stream for debugging information

QDir

Access to directory structures and their contents

QFileInfo

System-independent file information

QProcessEnvironment

Holds the environment variables that can be passed to a program

QUrl

Convenient interface for working with URLs

QUrlQuery

Way to manipulate a key-value pairs in a URL's query

QPersistentModelIndex

Used to locate data in a data model

QVariant

Acts like a union for the most common Qt data types

QMimeType

Describes types of file or data, represented by a MIME type string

QBitArray

Array of bits

QByteArray

Array of bytes

QCache

Template class that provides a cache

QContiguousCache

Template class that provides a contiguous cache

QDateTime

Date and time functions

QHash

Template class that provides a hash-table-based dictionary

QMultiHash

Convenience QHash subclass that provides multi-valued hashes

QLinkedList

Template class that provides linked lists

QList

Template class that provides lists

QLocale

Converts between numbers and their string representations in various languages

QMap

Template class that provides a red-black-tree-based dictionary

QMultiMap

Convenience QMap subclass that provides multi-valued maps

QQueue

Generic container that provides a queue

QRegExp

Pattern matching using regular expressions

QRegularExpression

Pattern matching using regular expressions

QRegularExpressionMatch

The results of a matching a QRegularExpression against a string

QRegularExpressionMatchIterator

Iterator on the results of a global match of a QRegularExpression object against a string

QSet

Template class that provides a hash-table-based set

QStack

Template class that provides a stack

QString

Unicode character string

QStringList

List of strings

QTextBoundaryFinder

Way of finding Unicode text boundaries in a string

QVector

Template class that provides a dynamic array

<think>嗯,用户让我详细介绍一下Qt共享和对象传递规则。我得先回忆一下这两个概念到底是什么,然后组织好语言,用中文清晰解释出来。首先,共享,记得是Qt用来优化资源管理的一种机制,比如很多容器类像QString、QList这些都用到了。然后是对象传递规则,可能涉及到如何安全地在Qt对象之间传递数据,避免不必要的复制。 首先,我需要确认共享Implicit Sharing)的定义。共享,也叫写时复制(Copy-On-Write),应该是指当多个对象共享同一份数据时,只有在某个对象需要修改数据时,才会真正复制数据,这样可以节省内存和提高性能。比如QString a和b都指向同一个数据,当a被修改时,才会复制一份新的数据,这样b不受影响。这一点需要详细说明,并举例说明其工作原理。 然后是对象传递规则,这部分可能涉及到Qt对象模型的一些特性,比如QObject的父子关系,以及如何正确传递对象,避免内存泄漏或者悬空指针。可能需要注意Qt对象的所有权管理,比如父对象被删除时,子对象也会自动删除。此外,共享和对象传递规则之间的关系也需要理清楚,比如共享的类在传递时如何保证安全性,而QObject派生类则需要不同的处理方。 接下来,结构上可能需要分几个部分:共享的原理、工作机制、优势,对象传递的规则,共享类的传递和QObject派生类的传递的区别,以及实际应用中的注意事项。每个部分都需要展开,用例子说明,比如QImage的使用,或者QString的传递,避免深拷贝。 要注意用户提到的系统级指令,所有数学公需要用$...$,但这里可能涉及较少,不过如果有涉及算法效率,可能需要用公,比如比较深拷贝和写时复制的复杂度。比如深拷贝的时间复杂度是$O(n)$,而写时复制可能在某些情况下是$O(1)$,直到需要修改时才触发复制。 另外,用户要求结构清晰,逐步解决问题,所以需要分点说明,可能用序号或者小标题。同时要确保回答真实可靠,可能需要查阅Qt文档确认细节,比如共享的具体实现类,比如QSharedData和QSharedDataPointer的使用,或者Qt容器类的共享特性。 可能需要注意的陷阱:共享在多线程环境下的安全性。比如Qt共享类在多个线程中同时访问时,是否需要加锁,因为引用计数可能是原子操作,但修改数据时可能需要同步。这点需要提到,可能作为注意事项或者使用时的考虑因素。 还有对象传递规则中,QObject的父子关系在传递时的所有权变化,比如将一个QObject的子对象传递给另一个父对象时,原来的父对象是否会自动解除关系,或者如何正确管理。比如使用setParent()方法改变父对象时,旧父对象会删除该子对象吗?可能需要澄清。 总结一下,回答的结构大致如下: 1. 共享Implicit Sharing) - 定义与核心思想 - 工作机制(COW) - 典型应用类(QString、QList等) - 优势(内存、性能) - 注意事项(线程安全、深拷贝触发条件) 2. 对象传递规则 - 共享类的传递(值传递安全,自动管理) - QObject派生类的传递(需注意所有权和生命周期) - 多线程下的处理 3. 对比与总结 - 共享类与QObject类在传递时的不同规则 - 最佳实践 在写作过程中,需要确保每个部分都有足够的细节,比如在共享的工作机制中,引用计数如何变化,detach()函数的作用,何时触发深拷贝。可能举一个具体的例子,比如两个QString的赋值操作,然后其中一个被修改时的过程。 同时,需要提到共享和深拷贝的区别,用户可能混淆这两者。比如,共享在复制时是浅拷贝,只有在写的时候才深拷贝,而默认的深拷贝会立即复制数据,影响性能。 对于对象传递,可能需要强调,对于QObject及其派生类,不能使用共享,因为它们具有身份(identity),而共享类更关注数据本身。因此,传递QObject时通常使用指针,并且要注意父对象的管理,避免内存泄漏。 最后,实际应用中的建议,比如在哪些情况下应该使用共享类,如何高效传递对象,多线程编程时的注意事项等。 现在检查是否有遗漏点,比如共享类的线程安全问题,可能Qt的某些版本处理方不同,需要一般性说明。同时,可能提到QExplicitlySharedDataPointer,用于显共享的情况,用户可能需要了解。 总之,需要确保回答结构清晰,覆盖主要知识点,并且准确无误,符合Qt的官方文档和最佳实践。</think>### Qt共享与对象传递规则详解 #### 一、共享Implicit Sharing) **1. 定义与核心思想** 共享(又称**写时复制,Copy-On-Write,COW**)是Qt用于优化资源管理的核心技术。其核心思想是: - **共享数据**:多个对象共享同一份底层数据。 - **延迟复制**:仅当某个对象尝试修改数据时,才会触发数据的实际复制操作。 **2. 工作机制** 共享通过**引用计数**实现,具体流程如下: 1. **浅拷贝**:对象赋值或传递时,仅复制指针和引用计数,不复制实际数据。 ```cpp QString str1 = "Hello"; QString str2 = str1; // 此时str1和str2共享同一份数据,引用计数+1 ``` 2. **写时分离(Detach)**:当对象尝试修改数据时,检查引用计数: - 若引用计数为1(无其他对象共享数据),直接修改。 - 若引用计数>1,则执行深拷贝,生成独立副本后再修改。 ```cpp str2[0] = 'h'; // 触发detach(),str2获得独立副本,str1仍指向原数据 ``` **3. 典型应用类** - **容器类**:`QString`、`QList`、`QVector`、`QImage`。 - **共享类**需继承`QSharedData`,并通过`QSharedDataPointer`管理数据。 **4. 优势** - **内存优化**:减少冗余数据拷贝(例如传递大对象时)。 - **性能提升**:操作时间复杂度从$O(n)$(深拷贝)降为$O(1)$(浅拷贝),直到首次修改。 **5. 注意事项** - **线程安全**:共享类本身**非线程安全**,多线程访问需手动同步。 - **深拷贝触发条件**:调用`detach()`或`data()`等非const方法可能触发复制。 --- #### 二、对象传递规则 **1. 共享类的传递** - **推荐值传递**:直接以值传递(如函数参数),因底层数据共享机制保证高效性。 ```cpp void processImage(QImage img); // 传递QImage时不会立即复制像素数据 ``` - **避免显深拷贝**:除非明确需要独立副本,否则无需调用`copy()`等方法。 **2. QObject派生类的传递** QObject及其子类(如`QWidget`)遵循**不同的规则**: - **身份唯一性**:每个QObject实例具有唯一标识,禁止复制(禁用拷贝构造函数和赋值运算符)。 - **所有权(Parent-Child)**: - 父对象销毁时,自动销毁所有子对象。 - 传递时需使用**指针**,并明确所有权关系。 ```cpp QPushButton *button = new QPushButton(parentWidget); // parentWidget管理button生命周期 ``` **3. 多线程下的对象传递** - **共享类**:传递到线程时需深拷贝(或确保线程间同步)。 - **QObject派生类**:需通过信号槽(线程安全)传递,且对象必须属于接收线程的事件循环。 --- #### 三、对比与最佳实践 | **特性** | **共享类** | **QObject派生类** | |-------------------------|-------------------------------|----------------------------| | 传递方 | 值传递(自动共享) | 指针传递(禁用拷贝) | | 内存管理 | 引用计数自动释放 | 父对象管理或手动`delete` | | 线程安全 | 需手动同步 | 需通过事件队列交互 | | 典型应用场景 | 数据容器、字符串 | GUI组件、网络模块 | **最佳实践建议**: 1. **优先值传递共享类**:充分利用COW机制减少性能损耗。 2. **明确QObject所有权**:避免悬空指针,优先使用父子关系管理生命周期。 3. **多线程隔离**:跨线程传递数据时,使用深拷贝或Qt的信号槽机制。 --- #### 四、总结 Qt通过**共享**优化数据密集型操作,而**对象传递规则**则区分了数据实体(共享类)与身份实体(QObject派生类)。理解二者差异,可显著提升代码效率与稳定性。在实际开发中,需根据场景选择传递方,并严格遵守Qt对象模型规范。
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