Qt容器类介绍

简介：

Qt提供了多个基于模板的容器类，这些容器类可用于支持指定的数据类型，和STL容器相比，它们更加轻巧，安全，使用方便。这些容器类在很多方面进行了优化，例如优化速度，降低内存消耗，减少代码膨胀。它们都是隐式共享，写时复制并且它们支持线程可重入，在只读情况下，多线程访问同一对象是线程安全的。
在访问容器中的数据项时，可以使用两种风格的迭代器：Java风格迭代器和STL风格迭代。Qt还提供了foreach关键字来方便的访问容器中的所有数据。

容器类：

Qt提供如下的顺序容器：QList，QLinkedList，QVector，QStack和QQueue。对于大多应用，使用QList是很好的选择。QList是一个数组链表，其在表头和表尾插入数据的速度很快；如果你需要一个真正的链表，可以使用QLinkedList；QVector在内存开辟了连续的空间；QStack和QQueue则对应LIFO和FIFO操作。
Qt也提供一些关联容器：QMap，QMultiMap， QHash，QMultiHash，和QSet。前缀为"Multi"容器意味着支持重复键值。QHash具有更快的查找效率。

容器	说明
QList	这是个经常使用的容器类。尽管使用数组链表来实现，但通过索引来访问数据项使其访问速度很快。可以使用QList::append() and QList::prepend()在链表的首尾进行添加，使用Qlist::insert()在链表的中间插入。与其他容器类相比，QList经过高度了优化。
QLinkedList	除了只能使用迭代器来访问表中的数据项之外，QLinkedList与QList相似。在数据量比较大的链表中间插入数据时，QLinkedList比QList具有更高的性能。
QVector	这个类是个动态数组，在内存中开辟连续的空间。在数组头部和中间插入数据的速度很慢，因为可能导致大量的数据项在内存中移动。
QStack	该类继承QVector，提供LIFO操作。
QQueue	该类继承QList，提供了FIFO操作。
QSet	该类提供了数据项不允许重复的集合，查找速度很快。
QMap	该类提供以字典形式的键值对。一般的每个key对应一个value(也可以设置重复key)。QMap会根据key值进行排序，如果对顺序没有要求，可以用速度更快的QHash进行替换。
QMultiMap	该类继承QMap，允许重复key。
QHash	该类的API与QMap几乎一样，但是其提供更快的查找速度并且无序存储。
QMultiHash	继承QHash，支持重复key。

Qt容器类中的数据项需要提供默认的构造函数，复制构造以及赋值运算符。大部分希望存储在容器中的数据类型都被覆盖，例如基本数据类型int，double，pointer以及Qt的QString，QDate和QTimer，但是不包括QObject和其子类。因为QObject的复制构造和赋值运算符都被禁止，如果你想将该类型存入容器中，可以使用指针而不是对象本身。
Qt容器大部分文档都提到了默认值。例如QVector会使用自动默认构造函数初始化数据项，如果QMap不存在对应key，则其value()函数会返回调用默认构造函数的值。Qt容器对于大部分类型是使用默认构造函数创建对象，但对于基本类型int，double，pointer等Qt会将它们初始化为0。

STL风格迭代器。

对于每个容器类，都有两种STL风格的迭代器类型：一种是只读迭代器，另一种是读写迭代器。应尽可能的使用只读迭代器因为它别读写迭代器的速度更快。STL迭代器就类似于数组指针。例如++运算符将迭代器指向下一个元素，运算符返回迭代器指向的数据项。实际上，对于QVector和QStack存储在连续的内存中，读写迭代器的类型就相当于T*，只读迭代器的类型相当于const T*。

隐式共享：

Qt有几十个函数会返回QList，QStringList。像这样复制一个容器看起来似乎消耗比较大，实际上不然，这是由于采用了名为隐式共享的优化过程。这意味着复制一个Qt容器的速度大致就像复制一个简单指针一样快。若几个容器对象共享同一数据，只有在某个对象对数据进行改变，数据才会被实际复制，由于这个原因隐式共享有时也称写时复制。Qt对所有的容器和许多其他类都使用了隐式共享，使得这些类不论是作为函数的参数还是返回值，都可以非常有效的传递。隐式共享的原理运用了引用计数。例如：

QString str1 = “hello world!”;
QString str2 = str1;
此时str1和str2都指向内存中相同的数据。数据结构保存一个引用计数，以指出有多少QString指向相同的数据。因为str1和str2都指向相同的数据，所以引用计数为2。
str2[0]=’d’;
当修改str2时，它会进行深拷贝，以确保str1和str2指向不同的数据。此时，str1的数据的引用计数为1，str2的数据引用计数也为1。引用计数为1表示数据未被共享。
str1=str2;
当将str2赋给str1时，str1的数据引用计数降为0，str1的数据在内存中释放。此时，str1和str2指向相同的数据，引用计数为2。

在使用隐式共享类的时候有两点需要注意：

1. 当数据被共享的时候，at()函数和[]运算符都可以从容器读取数据项。at()返回只读类型，所以不会进行深拷贝。[]运算符返回读写类型，因为Qt无法判断[]运算符是在等号左边还是右边(读还是写)，它被假设以最坏的情况而进行深拷贝。
2. 当数据被共享的时候，STL迭代器也会出现类型的问题。iterator和const_iterator都会返回迭代器，但iterator是可读写，所以其以最坏的情况考虑而进行深拷贝。

下面以QMap为例，验证隐式共享：

//创建一个测试类打印默认构造，复制构造，析构
MyItem::MyItem()
{
    qDebug()<<"MyItem";
}

MyItem::MyItem(const MyItem &obj)
{
    qDebug()<<"MyItem Copy()";
}

MyItem::~MyItem()
{
    qDebug()<<"MyItem delete";
}

当map数据项未发生改变时：

    MyItem item;
    QMap<int, MyItem> map;
    map.insert(1, item);
    map.insert(2, item);
    map.insert(3, item);

    QMap<int, MyItem> map1 = map;

打印输出为：
MyItem
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()

当map数据项发生改变时：

    MyItem item;
    QMap<int, MyItem> map;
    map.insert(1, item);
    map.insert(2, item);
    map.insert(3, item);

    QMap<int, MyItem> map1 = map;
    map1.insert(1, item);

打印输出为：
MyItem
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()

使用可读写iterator测试：

    MyItem item;
    QMap<int, MyItem> map;
    map.insert(1, item);
    map.insert(2, item);
    map.insert(3, item);

    QMap<int, MyItem> map1 = map;
    QMap<int, MyItem>::iterator ite = map.begin();

打印输出：
MyItem
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()
MyItem Copy()

由结果可知，当数据未发生改变时，两个map复制构造了3个对象，并且两个map中数据项地址完全一致，证明运用了隐式共享同一内存。当map1数据发生改变，则重新开辟空间并进行深拷贝，两个map中数据项的地址不再一致。而两个map数据未改变，使用begin()函数，该函数返回可读写的iterator，此时也会进行深拷贝。使用[]运算符结果与读写iterator一致。