QT5开发及实例学习之四容器类

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前言

  Qt提供了一组通用的基于模板的容器类。
  优点：相比C++的标准模板库中的容器类，Qt的容器更轻量、更安全且更容易使用。Qt的容器类在速度、内存消耗和内联(inline)代码等方面进行了优化。
  Qt容器类中存储的数据必须是可赋值的数据类型，也就是说：这种数据类型必须提供一个默认的构造函数（不需要参数的构造函数）、一个复制构造函数和一个赋值操作运算符。
  这样的数据类型包括基本数据类型（int和double等）和Qt的一些数据类型（QString、QDate和QTime等）；也可存储QObject及其子类的指针，例如：

QList<QToolBar*> list;

Qt的容器类是可以嵌套的，例如：

QHash< QString, QList<double> >

  Qt的容器类为遍历其中内容，提供两种方法：
（1）Java风格的迭代器
（2）STL风格的迭代器；能同Qt和STL的通用算法一起用，效率更高。

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一、QList类、QLinkedList类和QVector类

时间复杂度比较

容器类	查找	插入	头部添加	尾部添加
QList	O(1)	O(n)	Amort.O(1)	Amort.O(1)
QLinkedList	O(n)	O(1)	O(1)	O(1)
QVector	O(1)	O(n)	O(n)	Amort.O(1)

其中，"Amort.O(1)"表示，若仅完成一次操作，可能会有O(n)行为；若完成多次操作，平均结果将是O(1)。

1.QList类

  QList是最常用的容器类，它存储给定数据类型T的一列数值。继承自QList类的子类有QItemSelection、QQueue、QSignalSpy、QStringList和QTestEventList。
  QList类提供了在列表中追加的函数（QList::append()和QList::prepend()）；在列表中间完成插入操作的函数（QList::insert()）。
  QList维护了一个指针数组，该数组存储的指针指向QList存储的列表项的内容；QList提供基于下标的快速访问。
  存储策略有以下几种：
 （1）若T是指针类型或指针大小的基本类型（即该基本类型占有的字节数和指针类型占有的字节数相同），QList会将数值直接存储在数组中。
 （2）若QList存储对象的指针，则该指针指向实际存储的对象。

2.QLinkedList类

  QLinkedList是一个链式列表，它以非连续的内存块保存数据。
  QLinkedList不能使用下标，只能使用迭代器访问它的数据项。
  对一个很大的列表进行插入操作时，QLinkedList比QList效率更高。

3.QVector类

  QVector在相邻的内存中存储给定数据类型T的一组数值。
  QVector既可以使用下标访问数据项，也可以使用迭代器访问数据项；继承的子类有QPolygon、QPolygonF和QStack。
  缺点：在QVector的前部或中间位置进行插入操作的速度是很慢的，因为此操作会导致内存中大量数据被移动。

4.Java风格迭代器遍历容器

  Qt提供了两种类型的Java风格迭代器数据类型，即只读迭代器类和读写迭代器类，如下表：

容器类	只读迭代器类	读写迭代器类
QList , QQueue	QListIterator	QMutableListIterator
QLinkedList	QLinkedListIterator	QMutableLinkedListIterator
QVector , QStack	QVectorIterator	QMutableVectorIterator

  Java风格迭代器的迭代点位于列表项的中间，而不是直接指向某个列表项。因此，它的迭代点或者在第一个列表项的前面，或者在两个列表项之间，或者在最后一个列表项之后。
  以QList为例，介绍两种Java风格迭代器的用法：
（1）QList只读遍历方法。
代码如下（示例）：

#include 
#include 						//(a)
int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);		//(b)
	QList<int> list;					//创建一个QList栈对象list
	list<<1<<2<<3<<4<<5;				//用操作运算符"<<"输入五个整数
	QListIterator<int> i(list);			//(c)
	for(; i.hasNext(); )				//(d)
		qDebug()<<i.next();
	return a.exec();
}

 （a）头文件中已经包含了QList的头文件
 （b）Qt的一些类，如QString、QList等，不需要QCoreApplication的支持也能工作，但在使用Qt编写应用程序时，如果是控制台应用程序，则建议初始化一个QCoreApplication对象；如果是GUI图形用户界面程序，则会初始化一个QApplication对象
 （c）QListIterator i(list)：以该list为参数初始化一个QListIterator对象i；此时迭代点处在第一个列表项"1"的前面（注意：并不是指向该列表项）
 （d）for(; i.hasNext(); )：调用QListIterator::hasNext()函数检查当前迭代点之后是否有列表项；如果有则调用QListIterator::next()函数进行遍历。next()函数会跳过下一个列表项（即迭代点将会位于第一个列表项和第二个列表项之间），并返回它跳过的列表项的内容。
 对列表项向前遍历的函数：
  QListIterator::toBack()：将迭代点移动到最后一个列表项的后面。
  QListIterator::hasPrevious()：检查当前迭代点之前是否具有列表项。
  QListIterator::previous()：返回前一个列表项的内容并将迭代点移动到前一个列表项之前。
 其他函数：
  toFront()：移动迭代点到列表的前端（第一个列表项的前面）。
  peekNext()：返回下一个列表项，但不移动迭代点。
  peekPrevious()：返回前一个列表项，但不移动迭代点。
  findNext()：从当前迭代点开始向后查找指定的列表项，找到返回true，此时迭代点位于匹配列表项的后面；未找到返回false，此时迭代点位于列表的后端（最后一个列表项的后面）。
  findPrevious()：与findNext()类似，但它的方向是向前的，查找完成后迭代点在匹配想的前面或整个列表的前端。
（2）读写迭代器QMutableListIterator除提供基本的遍历操作（与QListIterator的操作相同）外，还提供了insert()插入操作函数、remove()删除操作函数和修改数据函数等。
代码如下（示例）：

#include 
#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);
	QList<int> list;					//创建一个空的列表list
	QMutableListIterator<int> i(list);	//创建上述列表的读写迭代器
	for(int j = 0; j < 10; ++j)
		i.insert(j);					//(a)
	for(i.toFront(); i.hasNext(); )		//(b)
		qDebug() << i.next();
	for(i.toBack(); i.hasPrevious(); )	//(c)
	{
		if(i.previous()%2 == 0)
			i.remove();
		else
			i.setValue(i.peekNext()*10);//(d)
	}
	for(i.toFront(); i.hasNext(); )		//重新遍历并输出列表
		qDebug() << i.next();
	return a.exec();
}

 （a）i.insert(j)：通过QMutableListIterator::insert()插入操作，为该列表插入10个整数值。
 （b）将迭代器的迭代点移动到列表的前端，完成对列表的遍历和输出。
 （c）移动迭代器的迭代点到列表的后端，对列表进行遍历。如果前一个列表项的值为偶数，则将该列表项删除；否则，将该列表项的值修改为原来的10倍。
 （d）函数QMutableListIterator::setValue()修改遍历函数next()、previous()、findNext()、findPrevious()跳过的列表项的值，但不会移动迭代点的位置。对于findNext()和findPrevious()：当findNext()（或findPrevious()）查找到列表项的时候，setValue()将会修改匹配的列表项；若未找到，则对setValue()的调用将不会进行任何修改。

5.STL风格迭代器遍历容器

  对于每个容器类，Qt都提供了两种类型的STL风格迭代器数据类型：一种提供只读访问；一种提供读写访问。
  STL风格迭代器的API是建立在指针操作基础上的。如，"++“操作运算符移动迭代器到下一项(item)，而”*"操作运算符返回迭代器指向的项。
  STL风格迭代器的迭代点直接指向列表项。
STL风格迭代器的两种分类：

容器类	只读迭代器类	读写迭代器类
QList , QQueue	QList::const_iterator	QList::iterator
QLinkedList	QLinkedList::const_iterator	QLinkedList::iterator
QVector , QStack	QVector::const_iterator	QVector::iterator

代码如下（示例）：

#include 
#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);
	QList<int> list;							//初始化一个空的QList列表
	for(int j = 0; j < 10; j++)
		list.insert(list.end(), j);				//（a）
	QList<int>::iterator i;						//初始化一个QList::iterator读写迭代器
	for(i = list.begin(); i != list.end(); ++i)	//（b）
	{
		qDebug() << (*i);
		*i = (*i) * 10;
	}
	QList<int>::const_iterator ci;				//初始化一个QList::const_iterator读写迭代器
	for(ci = list.constBegin(); ci != list.constEnd(); ++ci)
		qDebug() << *ci;						//在控制台输出列表的所有值
	return a.exec();
}

 （a）使用QList::insert()函数插入10个整数值。函数两个参数：第一个参数是QList::iterator类型，表示在该列表项之前插入一个新的列表项（使用QList::end()函数返回的迭代器，表示在列表的最后插入一个列表项）；第二个参数指定了需要插入的值。
 （b）在控制台输出列表的同时将列表的所有值增大10倍。QList::begin()函数返回指向第一个列表项的迭代器；QList::end()函数返回一个容器最后列表项之后的虚拟列表项，为标记无效位置的迭代器，用于判断是否到达容器的底部。
  QLinkedList和QVector具有和QList相同的遍历接口。

二、QMap类和QHash类

  QMap类和QHash类具有类似的功能，差别仅在于：

• QHash具有比QMap更快的查找速度；
• QHash以任意顺序存储数据项，而QMap按照键Key的顺序存储数据；
• QHash的键类型Key必须提供operator==()和一个全局的qHash(Key)函数，而QMap的键类型Key必须提供operator<()函数。

QMap和QHash的时间复杂度比较：

容器类	键查找	键查找	插入	插入
容器类	平均	最坏	平均	最坏
QMap	O(log n)	O(log n)	O(log n)	O(log n)
QHash	Amort.O(1)	O(n)	Amort.O(1)	O(n)

  其中，"Amort.O(1)"表示，若仅完成一次操作，则可能会有O(n)行为；若完成多次操作（如n次），则平均结果将是O(1)。

1.QMap类

  QMap提供了一个从类型为Key的键到类型为T的值的映射。
  通常，QMap存储的数据形式是一个键对应一个值，且按照键Key的顺序存储数据。为了支持一键多值，QMap提供了QMap::insertMulti()和QMap::values()函数。存储一键多值的数据时，也可以使用QMultiMap容器，继承自QMap。

2.QHash类

  QHash具有与QMap几乎相同的API。QHash维护着一张哈希表(Hash Table)，哈希表的大小与QHash的数据项的数目相适应。
  QHash以任意顺序组织数据。当存储数据的顺序无关紧要时，建议使用QHash作为存放数据的容器。
  QHash也可以存储一键多值形式的数据，子类QMultiHash可实现。

3.Java风格迭代器遍历容器

Java风格迭代器的两种分类：

容器类	只读迭代器类	读写迭代器类
QMap , QMultiMap	QMapIterator	QMutableMapIterator
QHash , QMultiHash	QHashIterator	QMutableHashIterator

代码如下（示例）：

#include 
#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);
	QMap<QString, QString> map;				//创建一个QMap栈对象
	map.insert("beijing", "111");			//向栈对象插入<城市，区号>对
	map.insert("shanghai", "021");
	map.insert("nanjing", "025");
	QMapIterator<QString, QString> i(map);	//创建一个只读迭代器
	for( ; i.hasNext(); )					//（a）
	{
		i.next();
		qDebug() << " " << i.key() << " " << i.value();
	}
	QMutableMapIterator<QString, QString> mi(map);
	if(mi.findNext("111"))					//（b）
		mi.setValue("010");
	QMapIterator<QString, QString> modi(map);
	qDebug() << " ";
	for( ; modi.hasNext(); )				//再次遍历并输出修改后的结果
	{
		modi.next();
		qDebug() << " " << modi.key() << " " << modi.value();
	}
	return a.exec();
}

（a）完成对QMap的遍历输出。在输出QMap的键和值时，调用的函数是不同的，在调用函数前必须先将迭代点移动到下一位置。
（b）首先查找<键，值>对，然后修改值。Java风格的迭代器未提供查找键的函数。

4.STL风格迭代器遍历容器

STL风格迭代器的两种分类：

容器类	只读迭代器类	读写迭代器类
QMap , QMultiMap	QMap::const_iterator	QMap::iterator
QHash , QMultiHash	QHash::const_iterator	QHash::iterator

代码如下（示例）：

#include 
#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
	QCoreApplication a(argc, argv);
	QMap<QString, QString> map;
	map.insert("beijing", "111");
	map.insert("shanghai", "021");
	map.insert("nanjing", "025");
	QMap<QString, QString>::const_iterator i;
	for(i = map.constBegin(); i != map.constEnd(); ++i)
		qDebug() << " " << i.key() << " " << i.value();
	QMap<QString, QString>::iterator mi;
	mi = map.find("beijing");
	if(mi != map.end())
		mi.value() = "010";							//(a)
	QMap<QString, QString>::const_iterator modi;
	qDebug() << " ";
	for(modi = map.constBegin(); modi != map.constend(); ++modi)
		qDebug() << " " << modi.key() << " " << modi.value();
	return a.exec();
}

（a）将新的值直接赋给QMap::iterator::value()返回的结果，因为该函数返回的是<键，值>对其中值的引用。

三、QVariant类

  QVariant类类似于C++的联合（union）数据类型，不仅能保存Qt类型的值，包括QColor、QBrush、QFont、QPen、QRect、QString、QSize等；也能存放Qt的容器类型的值。Qt的很多功能都建立在QVariant基础上，如Qt的对象属性及数据库功能等。
代码如下（示例）：

#include "widget.h"
#include 
#include 
#include 

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    QVariant v(709);											//(a)
    qDebug() << v.toInt();										//(b)

    QVariant w("How are you! ");								//(c)
    qDebug() << w.toString();									//(d)

    QMap<QString, QVariant>map;									//(e)
    map["int"] = 709;											//输入整数型
    map["double"] = 709.709;									//输入浮点型
    map["string"] = "How are you! ";							//输入字符串
    map["color"] = QColor(255,0,0);								//输入QColor类型的值
    qDebug() << map["int"] << map["int"].toInt();				//调用相应的转换函数并输出
    qDebug() << map["double"] << map["double"].toDouble();
    qDebug() << map["string"] << map["string"].toString();
    qDebug() << map["color"] << map["color"].value<QColor>();	//(f)

    QStringList sl;												//创建一个字符串列表
    sl << "A" << "B" << "C" << "D";
    QVariant slv(sl);											//将该列表保存在一个QVariant变量中
    if(slv.type() == QVariant::StringList)						//(g)
    {
        QStringList list = slv.toStringList();
        for(int i = 0; i < list.size(); ++i)
            qDebug() << list.at(i);								//输出列表内容
    }
}

Widget::~Widget()
{

}

（a）声明一个QVariant变量v，并初始化一个整数。
（b）调用QVariant::toInt()函数将QVariant变量包含的内容转换为整数并输出。
（c）声明一个QVariant变量w，并初始化为一个字符串。
（d）调用QVariant::toString()函数将QVariant变量包含的内容转换为字符串并输出。
（e）声明一个QMap变量map，使用字符串作为键，QVariant变量作为值。
（f）在QVariant变量中保存了一个QColor对象，并使用模板QVariant::value()还原为QColor，然后输出。由于QVariant是QCore模块的类，所以没有数据类型提供转换，因此需要QVariant::value()函数或QVariantValue()模块函数。
（g）QVariant::type()函数返回存储在QVariant变量中的值的数据类型。

Qt常用的QVariant::type枚举类型变量：

变量	对应的类型	变量	对应的类型
QVariant::Invalid	无效类型	QVariant::Time	QTime
QVariant::Region	QRegion	QVariant::Line	QLine
QVariant::Bitmap	QBitmap	QVariant::Palette	QPalette
QVariant::Bool	bool	QVariant::List	QList
QVariant::Brush	QBrush	QVariant::SizePolicy	QSizePolicy
QVariant::Size	QSize	QVariant::String	QString
QVariant::Char	QChar	QVariant::Map	QMap
QVariant::Color	QColor	QVariant::StringList	QStringList
QVariant::Cursor	QCursor	QVariant::Point	QPoint
QVariant::Date	QDate	QVariant::Pen	QPen
QVariant::DateTime	QDateTime	QVariant::Pixmap	QPixmap
QVariant::Double	double	QVariant::Rect	QRect
QVariant::Font	QFont	QVariant::Image	QImage
QVariant::Icon	QIcon	QVariant::UserType	用户自定义类型

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