Qt 容器類之遍歷器和隱式數(shù)據(jù)共享

Qt 容器類之遍歷器和隱式數(shù)據(jù)共享

前面說過，Qt 容器類提供了兩種遍歷器：Java 風(fēng)格的和 STL 風(fēng)格的。前者比較容易使用，后者則可以用在一些通過算法中，功能比較強(qiáng)大。

對于每一個(gè)容器類，都有與之相對應(yīng)的遍歷器：只讀遍歷器和讀寫遍歷器。只讀遍歷器有QVectorIterator，QLinkedListIterator和 QListIterator三種；讀寫遍歷器同樣也有三種，只不過名字中具有一個(gè) Mutable，即 QMutableVectorIterator，QMutableLinkedListIterator和 QMutableListIterator。這里我們只討論 QList 的遍歷器，其余遍歷器具有幾乎相同的API。

Java 風(fēng)格的遍歷器的位置如下圖所示(出自 C++ GUI Programming with Qt4, 2nd Edition)：

可以看出，Java 風(fēng)格的遍歷器，遍歷器不指向任何元素，而是指向第一個(gè)元素之前、兩個(gè)元素之間或者是最后一個(gè)元素之后的位置。使用 Java 風(fēng)格的遍歷器進(jìn)行遍歷的典型代碼是：

QList<double> list; 
// ... 
QListIterator<double> i(list); 
while (i.hasNext()) { 
        doSomethingWith(i.next()); 
}

這個(gè)遍歷器默認(rèn)指向第一個(gè)元素，使用 hasNext()和 next()函數(shù)從前向后遍歷。你也可以使用 toBack()函數(shù)讓遍歷器指向最后一個(gè)元素的后面的位置，然后使用 hasPrevious()和 previous()函數(shù)進(jìn)行遍歷。

這是只讀遍歷器，而讀寫遍歷器則可以在遍歷的時(shí)候進(jìn)行增刪改的操作，例如：

QMutableListIterator<double> i(list); 
while (i.hasNext()) { 
        if (i.next() < 0.0) 
                i.remove(); 
}

當(dāng)然，讀寫遍歷器也是可以從后向前遍歷的，具體 API 和前面的幾乎相同，這里就不再贅述。

對應(yīng)于 Java 風(fēng)格的遍歷器，每一個(gè)順序容器類 C都有兩個(gè) STL 風(fēng)格的遍歷器：C::iterator和 C::const_iterator。正如名字所暗示的那樣，const_iterator 不允許我們對遍歷的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。begin()函數(shù)返回指向第一個(gè)元素的 STL 風(fēng)格的遍歷器，例如 list[0]，而 end()函數(shù)則會(huì)返回指向最后一個(gè)之后的元素的 STL 風(fēng)格的遍歷器，例如如果一個(gè) list 長度為5，則這個(gè)遍歷器指向 list[5]。下圖所示 STL 風(fēng)格遍歷器的合法位置：

如果容器是空的，begin()和 end()是相同的。這也是用于檢測容器是否為空的方法之一，不過調(diào)用isEmpty()函數(shù)會(huì)更加方便。

STL 風(fēng)格遍歷器的語法類似于使用指針對數(shù)組的操作。我們可以使用++和--運(yùn)算符使遍歷器移動(dòng)到下一位置，遍歷器的返回值是指向這個(gè)元素的指針。例如 QVector的 iterator 返回值是 T 類型，而 const_iterator 返回值是 const T 類型。

一個(gè)典型的使用 STL 風(fēng)格遍歷器的代碼是：

QList<double>::iterator i = list.begin(); 
while (i != list.end()) { 
        *i = qAbs(*i); 
        ++i; 
}

對于某些返回容器的函數(shù)而言，如果需要使用 STL 風(fēng)格的遍歷器，我們需要建立一個(gè)返回值的拷貝，然后再使用遍歷器進(jìn)行遍歷。如下面的代碼所示：

QList<int> list = splitter->sizes(); 
QList<int>::const_iterator i = list.begin(); 
while (i != list.end()) { 
        doSomething(*i); 
        ++i; 
}

而如果你直接使用返回值，就像下面的代碼：

// WRONG 
QList<int>::const_iterator i = splitter->sizes().begin(); 
while (i != splitter->sizes().end()) { 
        doSomething(*i); 
        ++i; 
}

這種寫法一般不是你所期望的。因?yàn)?sizes()函數(shù)會(huì)返回一個(gè)臨時(shí)對象，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，這個(gè)臨時(shí)對象就要被銷毀，因此調(diào)用臨時(shí)對象的 begin()函數(shù)是相當(dāng)不明智的做法。并且這種寫法也會(huì)有性能問題，因?yàn)?Qt 每次循環(huán)都要重建臨時(shí)對象。因此請注意，如果要使用 STL 風(fēng)格的遍歷器，并且要遍歷作為返回值的容器，就要先創(chuàng)建返回值的拷貝，然后進(jìn)行遍歷。

在使用 Java 風(fēng)格的只讀遍歷器時(shí)，我們不需要這么做，因此系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為我們創(chuàng)建這個(gè)拷貝，所以，我們只需很簡單的按下面的代碼書寫：

QListIterator<int> i(splitter->sizes()); 
while (i.hasNext()) { 
        doSomething(i.next()); 
}

這里我們提出要建立容器的拷貝，似乎是一項(xiàng)很昂貴的操作。其實(shí)并不然。還記得我們上節(jié)說過一個(gè)隱式數(shù)據(jù)共享嗎？Qt 就是使用這個(gè)技術(shù)，讓拷貝一個(gè) Qt 容器類和拷貝一個(gè)指針那么快速。如果我們只進(jìn)行讀操作，數(shù)據(jù)是不會(huì)被復(fù)制的，只有當(dāng)這些需要復(fù)制的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行寫操作，這些數(shù)據(jù)才會(huì)被真正的復(fù)制，而這一切都是自動(dòng)進(jìn)行的，也正因?yàn)檫@個(gè)原因，隱式數(shù)據(jù)共享有時(shí)也被稱為“寫時(shí)復(fù)制”。隱式數(shù)據(jù)共享不需要我們做任何額外的操作，它是自動(dòng)進(jìn)行的。隱式數(shù)據(jù)共享讓我們有一種可以很方便的進(jìn)行值返回的編程風(fēng)格：

QVector<double> sineTable()    
{    
                QVector<double> vect(360);    
                for (int i = 0; i < 360; ++i)    
                                vect[i] = std::sin(i / (2 * M_PI));    
                return vect;    
} 
// call 
QVector<double> v = sineTable();

Java 中我們經(jīng)常這么寫，這樣子也很自然：在函數(shù)中創(chuàng)建一個(gè)對象，操作完畢后將其返回。但是在 C++中，很多人都會(huì)說，要避免這么寫，因?yàn)樽詈笠粋€(gè) return 語句會(huì)進(jìn)行臨時(shí)對象的拷貝工作。如果這個(gè)對象很大，這個(gè)操作會(huì)很昂貴。所以，資深的 C++高手們都會(huì)有一個(gè) STL 風(fēng)格的寫法：

void sineTable(std::vector<double> &vect)    
{    
                vect.resize(360);    
                for (int i = 0; i < 360; ++i)    
                                vect[i] = std::sin(i / (2 * M_PI));    
} 
// call 
QVector<double> v; 
sineTable(v);

這種寫法通過傳入一個(gè)引用避免了拷貝工作。但是這種寫法就不那么自然了。而隱式數(shù)據(jù)共享的使用讓我們能夠放心的按照第一種寫法書寫，而不必?fù)?dān)心性能問題。

Qt 所有容器類以及其他一些類都使用了隱式數(shù)據(jù)共享技術(shù)，這些類包括 QByteArray, QBrush, QFont, QImage, QPixmap 和 QString。這使得這些類在參數(shù)和返回值中使用傳值方式相當(dāng)高效。

不過，為了正確使用隱式數(shù)據(jù)共享，我們需要建立一個(gè)良好的編程習(xí)慣。這其中之一就是，對 list 或者 vector 使用 at()函數(shù)而不是[]操作符進(jìn)行只讀訪問。原因是[]操作符既可以是左值又可以是右值，這讓 Qt 容器很難判斷到底是左值還是右值，而 at()函數(shù)是不能作為左值的，因此可以進(jìn)行隱式數(shù)據(jù)共享。另外一點(diǎn)是，對于 begin()，end()以及其他一些非 const 容器，在數(shù)據(jù)改變時(shí) Qt 會(huì)進(jìn)行深復(fù)制。為了避免這一點(diǎn)，要盡可能使用 const_iterator, constBegin()和 constEnd().

最后，Qt 提供了一種不使用遍歷器進(jìn)行遍歷的方法：foreach 循環(huán)。這實(shí)際上是一個(gè)宏，使用代碼如下所示：

QLinkedList<Movie> list; 
Movie movie; 
... 
foreach (movie, list) { 
        if (movie.title() == "Citizen Kane") { 
                std::cout << "Found Citizen Kane" << std::endl; 
                break; 
        } 
}

很多語言，特別是動(dòng)態(tài)語言，以及 Java 1.5之后，都有 foreach 的支持。Qt 中使用宏實(shí)現(xiàn)了foreach 循環(huán)，有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是單個(gè)的對象，成為遍歷對象，相當(dāng)于指向容器元素類型的一個(gè)指針，第二個(gè)是一個(gè)容器類。它的意思很明確：每次取出容器中的一個(gè)元素，賦值給前面的遍歷元素進(jìn)行操作。需要注意的是，在循環(huán)外面定義遍歷元素，對于定義中具有逗號(hào)的類而言，如 QPair<int, double>，是唯一的選擇。

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