在Qt中,一个关键的性能优化特性是其数据结构的隐式共享机制,这在Qt的文档和API中常被称为"隐式共享"或"写时复制(Copy-On-Write, COW)"。本文将详细介绍这一机制,并通过QString类的实现代码和相应的反汇编代码来阐释其工作原理。
隐式共享的定义和优点
隐式共享是一种内存管理策略,它允许多个对象共享相同的数据副本,直到某个对象需要修改这些数据时才进行实际的数据复制。这种策略的优点包括:
- 减少内存使用:多个对象可以共享同一个数据副本,而不是每个对象都持有一个数据副本。
- 提高性能:减少数据复制的需要,从而降低程序的总体资源消耗。
- 代码简化:开发者不需要关心数据如何被共享或复制,所有这些都由Qt框架自动管理。
隐式共享在Qt中的实现
在Qt中,很多基本数据类型,如QString、QList、QByteArray等,都实现了隐式共享。以下是QString类中赋值操作符的源码,可以直观了解隐式共享机制的实现:
cpp
QString &QString::operator=(const QString &other) noexcept
{
other.d->ref.ref();
if (!d->ref.deref())
Data::deallocate(d);
d = other.d;
return *this;
}
代码解释
other.d->ref.ref();
增加源对象(other)数据的引用计数。
因为在赋值后,目标对象和源对象都引用了相同的内存数据,所以对应的引用计数需要增加。
if (!d->ref.deref()) Data::deallocate(d);
通过deref()
函数递减目标对象(d)的引用计数,并返回递减后是否仍有引用(如果还有其他引用,则返回true
;如果此次操作后引用计数变为0,则返回false
)。如果返回false
,说明没有其他QString
对象再引用这块数据了,那就需要调用Data::deallocate()
来释放这块内存。
因为目标对象在赋值后将指向新的内存数据,那么原来的数据引用计数需要递减,如果递减后变成0,那就说明没有对象在使用这块内存,需要释放,否则会导致内存泄漏。
反汇编代码示例说明
源码:
cpp
QString sa = "hello";
QString sb = sa;
sb[0] = 'H';
反汇编:
cpp
QString sa = "hello";
00007FF65A72461B lea rdx,[__xt_z+214h (07FF65A729CB4h)]
00007FF65A724622 lea rcx,[sa]
00007FF65A724627 call qword ptr [__imp_QString::QString (07FF65A72F170h)]
00007FF65A72462D nop
QString sb = sa;
00007FF65A72462E lea rdx,[sa]
00007FF65A724633 lea rcx,[sb]
00007FF65A724638 call qword ptr [__imp_QString::QString (07FF65A72F188h)]
00007FF65A72463E nop
sb[0] = 'H';
00007FF65A72463F xor r8d,r8d
00007FF65A724642 lea rdx,[rsp+88h]
00007FF65A72464A lea rcx,[sb]
00007FF65A72464F call qword ptr [__imp_QString::operator[] (07FF65A72F178h)]
00007FF65A724655 mov dl,48h
00007FF65A724657 mov rcx,rax
00007FF65A72465A call qword ptr [__imp_QCharRef::operator= (07FF65A72F168h)]
详细说明
- 在执行
QString sb = sa;
代码是,反汇编代码可以看出,先将sa
和sb
两个对象的地址加载到两个寄存器中,然后调用QString
的拷贝构造函数。 - 在执行
sb[0] = 'H';
时,反汇编代码的最后一行代码,调用了QCharRef::operator=()
赋值操作符,那么我们需要知道该赋值操作符具体做了什么:
cpp
inline QCharRef &operator=(QChar c)
{
using namespace QtPrivate::DeprecatedRefClassBehavior;
if (Q_UNLIKELY(i >= s.d->size)) {
#ifdef QT_DEBUG
warn(WarningType::OutOfRange, EmittingClass::QCharRef);
#endif
s.resize(i + 1, QLatin1Char(' '));
} else {
#ifdef QT_DEBUG
if (Q_UNLIKELY(!s.isDetached()))
warn(WarningType::DelayedDetach, EmittingClass::QCharRef);
#endif
s.detach();
}
s.d->data()[i] = c.unicode();
return *this;
}
我们看到上面源码中if (Q_UNLIKELY(i >= s.d->size))
判断下标有没有超出字符串大小,如果超出了,则需要调用resize
重新开辟一块内存,如果没有超出,则调用detach()
来分离数据,在分离的时候会判断当前引用计数,如果计数大于1,则会创建新的副本数据进行修改。