Question

我正在尝试创建一个仍使用Qt＆＃39; s implicit sharing的多态类型的QList。

我的具体用例是将QList中保存的项目传递给QtConcurrent::mapped。这些项都来自一个基类，它定义了QtConcurrent :: mapped将调用的虚函数。大多数存储的数据将是特定于子类的。线程开始后可以编辑这些项目，留下两个主要选项，锁定或复制数据。我不想坚持使用锁，因为这会消除使用额外线程的大部分目的。同样制作我的数据的完整副本似乎也是不可取的。相反，我想使用Qt的隐式共享来制作我更改的数据项的副本，但是我似乎无法制作仍然使用隐式共享的多态类型的QList。

QList by default uses implicit sharing，乍一看似乎我们已经完成了。

QList<Base> list;
Derived derived_obj;
list.append(derived_obj); // this fails

然而，将子类附加到父类的QList将不起作用，standard answer将使用QSharedPointers的QList到基类，它将接受附加指向子类的指针。

QList<QSharedPointer<Base> > pointer_list;
QSharedPointer<Derived> derived_pointer;
pointer_list.append(derived_pointer); // this works but there is no copy-on-write

如果我使用QSharedPointers的QList，那么将复制QSharedPointer而不是我的多态类，这意味着我已经失去了我想要的写时复制功能。

我还看过使用QSharedDataPointers的QList。

QList<QSharedDataPointer<Base> > data_pointer_list;
QSharedDataPointer<Derived> derived_data_pointer;
list.append(derived_data_pointer); // this fails

然而，与QList本身一样，QSharedDataPointers似乎不接受多态类型。

Answer 1

这失败了：

QList<QSharedDataPointer<Base>> list;
QSharedDataPointer<Derived> derived(new Derived);
list.append(derived);

注意下面的另一种方法是合并PolymorphicShared和PolymorphicSharedBase，直接向QSharedDataPointer添加多态支持，而不对其提出特殊要求QSharedData - 派生类型（例如，它不需要明确支持clone）。这需要更多的工作。以下只是一种工作方法。

QSharedDataPointer确实是你寻求的答案，绝对可以保持多态QSharedData。您需要将类型分为基于QSharedData的层次结构和另一个包含QSharedDataPointer的并行层次结构。 QSharedDataPointer通常不是由类的最终用户直接使用。它是实现隐式共享类的实现细节。

为了提高效率，QSharedDataPointer是一种可以在位级移动的小类型。当存储在各种容器中时，它非常有效 - 特别是在Qt容器中，可以利用类型特征来了解这个属性。使用QSharedDataPointer的类的大小通常会加倍，如果我们自己使它变成多态，因此它有助于不这样做。当然，指向数据类型可以是多态的。

首先，让我们定义一个相当普遍的基类PIMPL，您将构建层次结构。可以将PIMPL类转储到调试流中并进行克隆。

// https://github.com/KubaO/stackoverflown/tree/master/questions/implicit-list-44593216
#include <QtCore>
#include <type_traits>

class PolymorphicSharedData : public QSharedData {
public:
   virtual PolymorphicSharedData * clone() const = 0;
   virtual QDebug dump(QDebug) const = 0;
   virtual ~PolymorphicSharedData() {}
};

xxxData类型是PIMPL，不适合最终用户使用。用户应使用xxx类型本身。然后，此共享类型包装多态PIMPL并使用QSharedDataPointer存储PIMPL。它暴露了PIMPL的方法。

类型本身不是多态的，以节省虚拟表指针的大小。通过将多态重定向到PIMPL，as()函数将充当dynamic_cast()。

class PolymorphicShared {
protected:
   QSharedDataPointer<PolymorphicSharedData> d_ptr;
   PolymorphicShared(PolymorphicSharedData * d) : d_ptr(d) {}
public:
   PolymorphicShared() = default;
   PolymorphicShared(const PolymorphicShared & o) = default;
   PolymorphicShared & operator=(const PolymorphicShared &) = default;
   QDebug dump(QDebug dbg) const { return d_ptr->dump(dbg); }
   template <class T> typename
   std::enable_if<std::is_pointer<T>::value, typename
   std::enable_if<!std::is_const<typename std::remove_pointer<T>::type>::value, T>::type>
   ::type as() {
      if (dynamic_cast<typename std::remove_pointer<T>::type::PIMPL*>(d_ptr.data()))
         return static_cast<T>(this);
      return {};
   }
   template <class T> typename
   std::enable_if<std::is_pointer<T>::value, typename
   std::enable_if<std::is_const<typename std::remove_pointer<T>::type>::value, T>::type>
   ::type as() const {
      if (dynamic_cast<const typename std::remove_pointer<T>::type::PIMPL*>(d_ptr.data()))
         return static_cast<T>(this);
      return {};
   }
   template <class T> typename
   std::enable_if<std::is_reference<T>::value, typename
   std::enable_if<!std::is_const<typename std::remove_reference<T>::type>::value, T>::type>
   ::type as() {
      Q_UNUSED(dynamic_cast<typename std::remove_reference<T>::type::PIMPL&>(*d_ptr));
      return static_cast<T>(*this);
   }
   template <class T> typename
   std::enable_if<std::is_reference<T>::value, typename
   std::enable_if<std::is_const<typename std::remove_reference<T>::type>::value, T>::type>
   ::type as() const {
      Q_UNUSED(dynamic_cast<const typename std::remove_reference<T>::type::PIMPL&>(*d_ptr));
      return static_cast<T>(*this);
   }
   int ref() const { return d_ptr ? d_ptr->ref.load() : 0; }
};

QDebug operator<<(QDebug dbg, const PolymorphicShared & val) {
   return val.dump(dbg);
}

Q_DECLARE_TYPEINFO(PolymorphicShared, Q_MOVABLE_TYPE);

#define DECLARE_TYPEINFO(concreteType) Q_DECLARE_TYPEINFO(concreteType, Q_MOVABLE_TYPE)

template <> PolymorphicSharedData * QSharedDataPointer<PolymorphicSharedData>::clone() {
   return d->clone();
}

一个帮助程序，可以很容易地使用派生数据类型的抽象基类。它将d-ptr转换为适当的派生PIMPL类型，并将构造函数参数转发给PIMPL的构造函数。

template <class Data, class Base = PolymorphicShared> class PolymorphicSharedBase : public Base {
   friend class PolymorphicShared;
protected:
   using PIMPL = typename std::enable_if<std::is_base_of<PolymorphicSharedData, Data>::value, Data>::type;
   PIMPL * d() { return static_cast<PIMPL*>(&*this->d_ptr); }
   const PIMPL * d() const { return static_cast<const PIMPL*>(&*this->d_ptr); }
   PolymorphicSharedBase(PolymorphicSharedData * d) : Base(d) {}
   template <typename T> static typename std::enable_if<std::is_constructible<T>::value, T*>::type
   construct() { return new T(); }
   template <typename T> static typename std::enable_if<!std::is_constructible<T>::value, T*>::type
   construct() { return nullptr; }
public:
   using Base::Base;
   template<typename ...Args,
            typename = typename std::enable_if<std::is_constructible<Data, Args...>::value>::type
            > PolymorphicSharedBase(Args&&... args) :
      Base(static_cast<PolymorphicSharedData*>(new Data(std::forward<Args>(args)...))) {}
   PolymorphicSharedBase() : Base(construct<Data>()) {}
};

现在，拥有PIMPL类型的并行层次结构及其载体是一件简单的事情。首先，我们的层次结构中的基本抽象类型添加了两个方法。请注意PolymorphicSharedBase如何添加正确类型的d()访问者。

class MyAbstractTypeData : public PolymorphicSharedData {
public:
   virtual void gurgle() = 0;
   virtual int gargle() const = 0;
};

class MyAbstractType : public PolymorphicSharedBase<MyAbstractTypeData> {
public:
   using PolymorphicSharedBase::PolymorphicSharedBase;
   void gurgle() { d()->gurgle(); }
   int gargle() const { return d()->gargle(); }
};
DECLARE_TYPEINFO(MyAbstractType);

然后，一个不添加新方法的具体类型：

class FooTypeData : public MyAbstractTypeData {
protected:
   int m_foo = 0;
public:
   FooTypeData() = default;
   FooTypeData(int data) : m_foo(data) {}
   void gurgle() override { m_foo++; }
   int gargle() const override { return m_foo; }
   MyAbstractTypeData * clone() const override { return new FooTypeData(*this); }
   QDebug dump(QDebug dbg) const override {
      return dbg << "FooType-" << ref << ":" << m_foo;
   }
};

using FooType = PolymorphicSharedBase<FooTypeData, MyAbstractType>;
DECLARE_TYPEINFO(FooType);

另一种添加方法的类型。

class BarTypeData : public FooTypeData {
protected:
   int m_bar = 0;
public:
   BarTypeData() = default;
   BarTypeData(int data) : m_bar(data) {}
   MyAbstractTypeData * clone() const override { return new BarTypeData(*this); }
   QDebug dump(QDebug dbg) const override {
      return dbg << "BarType-" << ref << ":" << m_foo << "," << m_bar;
   }
   virtual void murgle() { m_bar++; }
};

class BarType : public PolymorphicSharedBase<BarTypeData, FooType> {
public:
   using PolymorphicSharedBase::PolymorphicSharedBase;
   void murgle() { d()->murgle(); }
};
DECLARE_TYPEINFO(BarType);

我们需要验证as()方法是否根据需要抛出：

template <typename F> bool is_bad_cast(F && fun) {
   try { fun(); } catch (std::bad_cast) { return true; }
   return false;
}

使用隐式共享类型与使用Qt自己的类型没有什么不同。我们也可以使用as代替dynamic_cast进行投射。

int main() {
   Q_ASSERT(sizeof(FooType) == sizeof(void*));
   MyAbstractType a;
   Q_ASSERT(!a.as<FooType*>());
   FooType foo;
   Q_ASSERT(foo.as<FooType*>());
   a = foo;
   Q_ASSERT(a.ref() == 2);
   Q_ASSERT(a.as<const FooType*>());
   Q_ASSERT(a.ref() == 2);
   Q_ASSERT(a.as<FooType*>());
   Q_ASSERT(a.ref() == 1);
   MyAbstractType a2(foo);
   Q_ASSERT(a2.ref() == 2);

   QList<MyAbstractType> list1{FooType(3), BarType(8)};
   auto list2 = list1;
   qDebug() << "After copy:         " << list1 << list2;
   list2.detach();
   qDebug() << "After detach:       " << list1 << list2;
   list1[0].gurgle();
   qDebug() << "After list1[0] mod: " << list1 << list2;

   Q_ASSERT(list2[1].as<BarType*>());
   list2[1].as<BarType&>().murgle();
   qDebug() << "After list2[1] mod: " << list1 << list2;

   Q_ASSERT(!list2[0].as<BarType*>());
   Q_ASSERT(is_bad_cast([&]{ list2[0].as<BarType&>(); }));

   auto const list3 = list1;
   Q_ASSERT(!list3[0].as<const BarType*>());
   Q_ASSERT(is_bad_cast([&]{ list3[0].as<const BarType&>(); }));
}

输出：

After copy:          (FooType-1:3, BarType-1:0,8) (FooType-1:3, BarType-1:0,8)
After detach:        (FooType-2:3, BarType-2:0,8) (FooType-2:3, BarType-2:0,8)
After list1[0] mod:  (FooType-1:4, BarType-2:0,8) (FooType-1:3, BarType-2:0,8)
After list2[1] mod:  (FooType-1:4, BarType-1:0,8) (FooType-1:3, BarType-1:0,9)

列表副本很浅，项目本身未被复制：引用计数全部为1。在分离之后，所有数据项都被复制，但由于它们是隐式共享的，因此它们只增加了它们的引用计数。最后，在修改了一个项目后，它会自动分离，并且引用计数会回落到1。

具有copy-on-write的多态类的QList？

1 个答案: