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：
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：
QString sa = "hello";
QString sb = sa;
sb[0] = 'H';
反汇编：
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：
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。