Implizite Freigabe

Viele C++-Klassen in Qt nutzen implizite Datenfreigabe, um die Ressourcennutzung zu maximieren und Kopiervorgänge zu minimieren. Implizit gemeinsam genutzte Klassen sind bei der Übergabe als Argumente sowohl sicher als auch effizient, da lediglich ein Zeiger auf die Daten weitergegeben wird und die Daten nur dann kopiert werden, wenn eine Funktion darauf schreibt, d. h. nach dem „Copy-on-Write“-Prinzip.

Übersicht

Eine gemeinsam genutzte Klasse besteht aus einem Zeiger auf einen gemeinsam genutzten Datenblock, der eine Referenzzähler und die Daten enthält.

Wenn ein gemeinsam genutztes Objekt erstellt wird, wird der Referenzzähler auf 1 gesetzt. Der Referenzzähler wird jedes Mal erhöht, wenn ein neues Objekt auf die gemeinsam genutzten Daten verweist, und verringert, wenn das Objekt den Verweis auf die gemeinsam genutzten Daten aufhebt. Die gemeinsam genutzten Daten werden gelöscht, sobald der Referenzzähler den Wert Null erreicht.

Beim Umgang mit gemeinsam genutzten Objekten gibt es zwei Möglichkeiten, ein Objekt zu kopieren. Man spricht dabei üblicherweise von tiefen und flachen Kopien. Eine tiefe Kopie bedeutet, dass ein Objekt dupliziert wird. Eine flache Kopie ist eine Referenzkopie, d. h. lediglich ein Zeiger auf einen gemeinsam genutzten Datenblock. Das Erstellen einer tiefen Kopie kann hinsichtlich Speicher und CPU-Leistung aufwendig sein. Das Erstellen einer flachen Kopie ist sehr schnell, da dabei lediglich ein Zeiger gesetzt und die Referenzanzahl erhöht wird.

Die Objektzuweisung (mit dem Operator =()) für implizit gemeinsam genutzte Objekte wird mithilfe von flachen Kopien implementiert.

Der Vorteil der gemeinsamen Nutzung besteht darin, dass ein Programm Daten nicht unnötig duplizieren muss, was zu einem geringeren Speicherverbrauch und weniger Datenkopien führt. Objekte lassen sich leicht zuweisen, als Funktionsargumente übergeben und aus Funktionen zurückgeben.

Die implizite gemeinsame Nutzung findet größtenteils im Hintergrund statt; der Programmierer muss sich selten Gedanken darüber machen. Die Container-Iteratoren von Qt verhalten sich jedoch anders als die der STL. Lesen Sie dazu den Abschnitt „Problem mit Iteratoren bei impliziter gemeinsamer Nutzung“.

In Multithread-Anwendungen findet implizites Teilen statt, wie unter „Threads und implizit geteilte Klassen“ erläutert.

Verwenden Sie bei der Implementierung eigener implizit gemeinsam genutzter Klassen die Klassen „ QSharedData “ und „ QSharedDataPointer “.

Implizite gemeinsame Nutzung im Detail

Bei der impliziten Freigabe wird das Objekt automatisch aus einem gemeinsam genutzten Block entfernt, wenn sich das Objekt ändern soll und die Referenzanzahl größer als eins ist. (Dies wird oft als „Copy-on-Write“ oder „Wert-Semantik“ bezeichnet.)

Eine implizit gemeinsam genutzte Klasse hat die Kontrolle über ihre internen Daten. In allen Member-Funktionen, die ihre Daten ändern, trennt sie die Verbindung automatisch, bevor die Daten geändert werden. Beachten Sie jedoch den Sonderfall bei Container-Iteratoren; siehe „Problem mit Iteratoren bei impliziter gemeinsamen Nutzung“.

Die Klasse „ QPen “, die implizites Sharing verwendet, trennt sich in allen Member-Funktionen, die die internen Daten ändern, von den gemeinsam genutzten Daten.

Codeausschnitt:

void QPen::setCapStyle(Qt::PenCapStyle c)
{
    if (d->capStyle == c)
        return;
    detach();
    d->capStyle = c;
}

void QPen::detach()
{
    d.detach();
}

Liste der Klassen

Die unten aufgeführten Klassen trennen sich automatisch von gemeinsamen Daten, wenn ein Objekt geändert werden soll. Der Programmierer wird nicht einmal bemerken, dass die Objekte gemeinsam genutzt werden. Daher sollten Sie einzelne Instanzen dieser Klassen als separate Objekte behandeln. Sie verhalten sich stets wie separate Objekte, bieten jedoch den zusätzlichen Vorteil, dass Daten wann immer möglich gemeinsam genutzt werden. Aus diesem Grund können Sie Instanzen dieser Klassen als Argumente an Funktionen per Wert übergeben, ohne sich Gedanken über den Kopieraufwand machen zu müssen.

Beispiel:

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();

In diesem Beispiel teilen sich „ p1 “ und „ p2 “ Daten, bis „ QPainter::begin()“ für „ p2 “ aufgerufen wird, da das Zeichnen einer Pixmap diese verändert.