Неявное совместное использование

Многие классы C++ в Qt используют неявное совместное использование данных для максимального использования ресурсов и минимизации копирования. Неявно совместно используемые классы безопасны и эффективны при передаче в качестве аргументов, потому что передаётся только указатель на данные, а данные копируются только тогда, когда функция записывает в них, т.е. копирование при записи.

Обзор

Объект, использующий совместное использование, состоит из указателя на блок общих данных, который содержит счётчик ссылок и сами данные.

Когда создаётся объект, использующий совместное использование, счётчик ссылок устанавливается в 1. Счётчик ссылок увеличивается всякий раз, когда новый объект ссылается на общие данные, и уменьшается, когда объект перестаёт ссылаться на общие данные. Общие данные удаляются, когда счётчик ссылок становится равным нулю.

При работе с объектами, использующими совместное использование, есть два способа копирования объекта. Обычно мы говорим о глубокой и поверхностной копиях. Глубокая копия подразумевает дублирование объекта. Поверхностная копия — это ссылка на копию, т.е. просто указатель на блок общих данных. Создание глубокой копии может быть затратным в плане памяти и процессорного времени. Создание поверхностной копии очень быстро, так как это всего лишь установка указателя и увеличение счётчика ссылок.

Присваивание объекта (с оператором =()) для объектов, использующих неявное совместное использование, реализовано с помощью поверхностных копий.

Преимущества совместного использования заключаются в том, что программе не нужно излишне дублировать данные, что приводит к меньшему потреблению памяти и меньшему копированию данных. Объекты легко присваиваются, передаются в качестве аргументов функций и возвращаются из функций.

Неявное совместное использование в основном происходит за кулисами; программисту редко приходится беспокоиться об этом. Однако итераторы контейнеров Qt ведут себя иначе, чем итераторы из STL. Читайте Проблема итераторов при неявном совместном использовании.

В многопоточных приложениях неявное совместное использование происходит, как объяснено в Потоки и классы с неявным совместным использованием.

При реализации собственных классов с неявным совместным использованием используйте классы QSharedData и QSharedDataPointer.

Подробное описание неявного совместного использования

Неявное совместное использование автоматически отсоединяет объект от общего блока, если объект собирается измениться, и счётчик ссылок больше единицы. (Это часто называется копированием при записи или семантикой значений.)

Класс, использующий неявное совместное использование, контролирует свои внутренние данные. Во всех методах, изменяющих данные, он автоматически отсоединяется перед изменением данных. Однако обратите внимание на специальный случай с итераторами контейнеров; см. Проблема итераторов при неявном совместном использовании.

Класс QPen, который использует неявное совместное использование, отсоединяется от общих данных во всех методах, изменяющих внутренние данные.

Фрагмент кода:

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
    }
}

Список классов

Перечисленные ниже классы автоматически отсоединяются от общих данных, если объект собирается измениться. Программист даже не заметит, что объекты совместно используют данные. Таким образом, следует рассматривать отдельные экземпляры этих классов как отдельные объекты. Они всегда будут вести себя как отдельные объекты, но с дополнительным преимуществом — совместного использования данных, когда это возможно. По этой причине вы можете передавать экземпляры этих классов в функции по значению без опасений из-за накладных расходов на копирование.

Пример:

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();

В этом примере, p1 и p2 совместно используют данные до тех пор, пока QPainter::begin() не будет вызван для p2, потому что рисование пиксельной карты изменит её.

Предупреждение: Будьте осторожны при копировании контейнера, использующего неявное совместное использование (QMap, QVector и т.д.), при использовании итераторов в стиле STL. См. Проблема итераторов при неявном совместном использовании.