Implizite Freigabe

Viele C++-Klassen in Qt verwenden implizite gemeinsame Datennutzung, um die Ressourcennutzung zu maximieren und das Kopieren zu minimieren. Implizit gemeinsam genutzte Klassen sind sowohl sicher als auch effizient, wenn sie als Argumente übergeben werden, da nur ein Zeiger auf die Daten weitergegeben wird und die Daten nur dann kopiert werden, wenn eine Funktion darauf schreibt, d.h. copy-on-write.

Überblick

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

Wenn ein gemeinsames Objekt erstellt wird, setzt es den Referenzzähler auf 1. Der Referenzzähler wird erhöht, wenn ein neues Objekt auf die gemeinsamen Daten verweist, und verringert, wenn das Objekt die gemeinsamen Daten dereferenziert. Die gemeinsam genutzten Daten werden gelöscht, wenn der Referenzzähler Null wird.

Beim Umgang mit gemeinsam genutzten Objekten gibt es zwei Möglichkeiten, ein Objekt zu kopieren. Man spricht gewöhnlich von tiefen und flachen Kopien. Eine tiefe Kopie bedeutet, dass ein Objekt dupliziert wird. Eine flache Kopie ist eine Referenzkopie, d.h. nur ein Zeiger auf einen gemeinsamen Datenblock. Die Erstellung einer tiefen Kopie kann teuer sein, was den Speicher und die CPU betrifft. Eine oberflächliche Kopie ist sehr schnell, da sie nur das Setzen eines Zeigers und das Erhöhen der Referenzzahl beinhaltet.

Die Zuweisung von Objekten (mit operator=()) für implizit gemeinsam genutzte Objekte wird mit flachen Kopien durchgeführt.

Der Vorteil der gemeinsamen Nutzung besteht darin, dass ein Programm Daten nicht unnötig duplizieren muss, was zu einem geringeren Speicherverbrauch und weniger Kopieren von Daten führt. Objekte können leicht zugewiesen, als Funktionsargumente gesendet und von Funktionen zurückgegeben werden.

Implizites Sharing findet meist hinter den Kulissen statt; der Programmierer muss sich selten darum kümmern. Allerdings verhalten sich die Container-Iteratoren von Qt anders als die der STL. Lesen Sie Implizites Sharing Iterator Problem.

In Multithread-Anwendungen findet eine implizite gemeinsame Nutzung statt, wie in Threads und implizit gemeinsam genutzte Klassen erläutert.

Wenn Sie Ihre eigenen implizit gemeinsam genutzten Klassen implementieren, verwenden Sie die Klassen QSharedData und QSharedDataPointer.

Implizite gemeinsame Nutzung im Detail

Bei der impliziten gemeinsamen Nutzung wird das Objekt automatisch von einem gemeinsam genutzten Block getrennt, wenn sich das Objekt gerade ändert und die Anzahl der Referenzen größer als eins ist. (Dies wird oft als Copy-on-Write oder Value Semantics bezeichnet.)

Eine implizit gemeinsam genutzte Klasse hat die Kontrolle über ihre internen Daten. In allen Mitgliedsfunktionen, die ihre Daten ändern, löst sie sich automatisch, bevor sie die Daten ändert. Beachten Sie jedoch den Sonderfall mit Container-Iteratoren; siehe Implizites Sharing-Iterator-Problem.

Die Klasse QPen, die implizites Sharing verwendet, löst sich von den gemeinsam genutzten Daten in allen Mitgliedsfunktionen, die die internen Daten ändern.

Code-Fragment:

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
    }
}

Liste der Klassen

Die unten aufgeführten Klassen lösen 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 separate Instanzen dieser Klassen als separate Objekte behandeln. Sie werden sich immer wie separate Objekte verhalten, aber mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie, wann immer möglich, Daten gemeinsam nutzen. Aus diesem Grund können Sie Instanzen dieser Klassen als Argumente an Funktionen nach Wert übergeben, ohne sich um den Kopieraufwand zu kümmern.

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 die Daten, bis QPainter::begin() für p2 aufgerufen wird, da das Malen einer Pixmap diese verändert.