Qt数据之隐式共享

为了最大化资源使用，和最小化数据拷贝，Qt在很多类中用到了隐式数据共享，以便数据仅在被写入时才被拷贝。该机制也被称为flyweight模式。

让我们以QByteArray为例，看看其是如何实现的。其内部使用一个名为Data的私有结构体来追踪共享的数据：

struct Data {
  QBasicAtomicInt ref; // 引用计数器，对其的操作是原子的
  int alloc; // 已分配的空间大小
  int size; // 数据的实际大小
  char *data; // 指向数据的指针
  char array[1]; // 数据有可能存于此位置
};

这里，如果数据保存在其他位置，则需要用到data来指向实际的数据位置；如果保存在自身，则是array指向的位置。当对象被拷贝时（比如通过赋值运算符），则仅仅拷贝指针，而不拷贝数据本身：

QByteArray &QByteArray::operator=(const QByteArray & other)
{
  // 增加要使用的共享数据的引用计数器的值
  other.d->ref.ref();
  // 减少当前共享数据的引用计数器的值
  if (!d->ref.deref())
    qFree(d);
  // 指向要使用的共享数据
  d = other.d;
  return *this;
}

另一方面，如果共享的数据要被修改（比如通过resize()函数），则会自动拷贝之：

void QByteArray::resize(int size)
{
  if (size <= 0) {
    // 如果目标大小不为正，则指向一个空的数据块
    Data *x = &shared_empty;
    x->ref.ref();
    if (!d->ref.deref())
      qFree(d);
    d = x;
  } else if (d == &shared_null) {
    // 如果当前是一个null块，则直接创建一个新的共享数据块
    Data *x = static_cast(qMalloc(sizeof(Data)+size));
    Q_CHECK_PTR(x);
    x->ref = 1;
    x->alloc = x->size = size;
    x->data = x->array;
    x->array[size] = '/0';
    (void) d->ref.deref();
    d = x;
  } else {
    // 如果有其他对象也在使用该共享数据，或者当前分配的空间过大或过小
    // 则重新分配空间，并拷贝数据
    // 注意：该操作在共享的数据块较大时可能会消耗一定的时间
    if (d->ref != 1 || size > d->alloc || (size < d->size && size < d->alloc >> 1))
      realloc(qAllocMore(size, sizeof(Data)));
    if (d->alloc >= size) {
      d->size = size;
      if (d->data == d->array) {
        d->array[size] = '/0';
      }
    }
  }
}

现在让我们来看看如何使用QSharedData和QSharedDataPointer来创建自己的共享数据对象。

    // 首先创建一个数据对象，需要继承自QShareData，因为其提供了引用计数器的功能  
    class SharedData: public QSharedData  
    {  
    public:  
      SharedData()  
        : QSharedData()  
        , var(0)  
      {}  
      SharedData(const SharedData &other)  
        : QSharedData(other)  
        , var(other.var)  
      {}  
      int var;  
    };  
    // 然后创建数据操作者  
    class DataOwner  
    {  
    public:  
      DataOwner()  
      : d(new SharedData)  
      {}  
      DataOwner(int var)  
      : d(new SharedData)  
      {  
        // 对于写操作，运算符->会在需要时自动拷贝共享数据  
        d->var = var;  
      }  
    private:  
      // 模板类QSharedDataPointer隐藏了隐式共享的实现细节，因此没必要创建拷贝构造函数和赋值运算符  
      QSharedDataPointer d;  
    };  

我们还可以通过QExplicitlySharedDataPointer来创建显式的数据共享.