Graphics View Framework

Graphics View 提供了一种接口，用于管理大量自定义的 2D 图形元素，并与之进行交互；还提供了用于将这些元素进行可视化显示的观察组件，并支持缩放和旋转。

Graphics View 框架包含了一套完整的事件体系，可以用于与场景中的元素进行双精度的交互。这些元素同样支持键盘事件、鼠标事件等。Graphics View 使用了 BSP 树（Binary Space Partitioning tree，这是一种被广泛应用于图形学方面的数据结构）来提供非常快速的元素发现，也正因为如此，才能够实现一种上百万数量级元素的实时显示机制。

Graphics View 是一个基于元素（item）的 MV 架构的框架。它可以分成三个部分：元素 item、场景 scene 和视图 view。

基于元素的意思是，它的每一个组件都是一个独立的元素。这是与QPainter状态机机制不同。使用QPainter绘图，大多是采用一种面向过程的描述方式：首先使用drawLine()画一条直线，然后使用drawPolygon()画一个多边形。对于 Graphics View，相同的过程可以是，首先创建一个场景（scene），然后创建一个直线对象和一个多边形对象，再使用场景的add()函数，将直线和多边形添加到场景中，最后通过视图进行观察。

MV 架构的意思是，Graphics View 提供一个 model 和一个 view，所谓模型（model）就是我们添加的种种对象；所谓视图（view）就是我们观察这些对象的视口。同一个模型可以由很多视图从不同的角度进行观察。

Graphics View 提供了QGraphicsScene作为场景，即是允许我们添加图形的空间，相当于整个世界；QGraphicsView作为视口，也就是我们的观察窗口，相当于照相机的取景框，这个取景框可以覆盖整个场景，也可以是场景的一部分；QGraphicsItem作为图形元件，以便添加到场景中去，Qt 内置了很多图形，比如直线、多边形等，它们都是继承自QGraphicsItem。

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QGraphicsScene scene;
    scene.addLine(0, 0, 150, 150);

    QGraphicsView view(&scene);
    view.setWindowTitle("Graphics View");
    view.resize(500, 500);
    view.show();

    return app.exec();
}

这段代码很简单：首先创建一个场景，也就是QGraphicsScene对象。然后我们使用addLine()函数向场景中添加了一个直线，起始点和终点坐标分别是 (0, 0) 和 (150, 150)。通过这两步，我们已经有了场景和元素。之后，我们创建一个GraphicsView对象，绑定到一个场景上（也就是我们前面创建的 scene 对象）。

注意，QGraphicsScene不是QWidget的子类，因此该构造函数并不是调用的QGraphicsView(QWidget *parent)。

我们看到，这个直线自动在视图居中显示。这并不需要我们进行任何额外的代码。如果不想这么做，我们可以给 scene 设置一下sceneRect()属性：

    QGraphicsScene scene;
    scene.setSceneRect(0, 0, 300, 300);
    scene.addLine(0, 0, 150, 150);

    QGraphicsView view(&scene);
    view.setWindowTitle("Graphics View");
    // view.resize(500, 500);
    view.show();

不仅如此，我们还去掉了view.resize()一行。QGraphicsScene的sceneRect属性供QGraphicsView确定视图默认的滚动条区域，并且协助QGraphicsScene管理元素索引。之所以去掉view.resize()一行，是因为我们让系统去决定视图的最小尺寸（否则的话，我们需要手动将窗口标题栏等的大小同时考虑设置）。

文件

• QIODevice：所有 I/O 设备类的父类，提供了字节块读写的通用操作以及基本接口；
• QFlie：访问本地文件或者嵌入资源；
• QTemporaryFile：创建和访问本地文件系统的临时文件；
• QBuffer：读写QByteArray；
• QProcess：运行外部程序，处理进程间通讯；
• QAbstractSocket：所有套接字类的父类；
• QTcpSocket：TCP协议网络数据传输；
• QUdpSocket：传输 UDP 报文；
• QSslSocket：使用 SSL/TLS 传输数据；
• QFileDevice：Qt5新增加的类，提供了有关文件操作的通用实现。

这其中，QProcess、QTcpSocket、QUdpSoctet和QSslSocket是顺序访问设备。所谓“顺序访问”，是指它们的数据只能访问一遍：从头走到尾，从第一个字节开始访问，直到最后一个字节，中途不能返回去读取上一个字节；QFile、QTemporaryFile和QBuffer是随机访问设备，可以访问任意位置任意次数，还可以使用QIODevice::seek()函数来重新定位文件访问位置指针。

在所有的 I/O 设备中，文件 I/O 是最重要的部分之一。QFile提供了从文件中读取和写入数据的能力。Qt5 新加入的QFileDevice类，则将这部分公共操作放到了这个单独的类中。

我们通常会将文件路径作为参数传给QFile的构造函数。不过也可以在创建好对象最后，使用setFileName()来修改。QFile需要使用 / 作为文件分隔符，不过，它会自动将其转换成操作系统所需要的形式。

QFile主要提供了有关文件的各种操作，比如打开文件、关闭文件、刷新文件等。我们可以使用QDataStream或QTextStream类来读写文件，也可以使用QIODevice类提供的read()、readLine()、readAll()以及write()这样的函数。值得注意的是，有关文件本身的信息，比如文件名、文件所在目录的名字等，则是通过QFileInfo获取，而不是自己分析文件路径字符串。

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication app(argc, argv);

    QFile file("in.txt");
    if (!file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text)) {
        qDebug() << "Open file failed.";
        return -1;
    } else {
        while (!file.atEnd()) {
            qDebug() << file.readLine();
        }
    }

    QFileInfo info(file);
    qDebug() << info.isDir();
    qDebug() << info.isExecutable();
    qDebug() << info.baseName();
    qDebug() << info.completeBaseName();
    qDebug() << info.suffix();
    qDebug() << info.completeSuffix();

    return app.exec();
}

首先使用QFile创建了一个文件对象。这个文件名字是 in.txt。然后，我们使用open()函数打开这个文件，打开形式是只读方式，文本格式。

程序的第二部分，我们使用QFileInfo获取有关该文件的信息。QFileInfo有很多类型的函数，我们只举出一些例子。比如这里，isDir()检查该文件是否是目录；isExecutable()检查该文件是否是可执行文件等。baseName()可以直接获得文件名；suffix()则直接获取文件后缀名。我们可以由下面的示例看到，baseName()和completeBaseName()，以及suffix()和completeSuffix()的区别：

QFileInfo fi("/tmp/archive.tar.gz");
QString base  = fi.baseName();  // base = "archive"
QString cbase = fi.completeBaseName();  // base = "archive.tar"
QString ext   = fi.suffix();  // ext = "gz"
QString ext   = fi.completeSuffix();  // ext = "tar.gz"

二进制文件

Qt还提供了更高一级的操作：用于二进制的流QDataStream和用于文本流的QTextStream。

QDataStream提供了基于QIODevice的二进制数据的序列化。数据流是一种二进制流，这种流完全不依赖于底层操作系统、CPU 或者字节顺序（大端或小端）。

QDataStream既能够存取 C++ 基本类型，如 int、char、short 等，也可以存取复杂的数据类型，例如自定义的类。实际上，QDataStream对于类的存储，是将复杂的类分割为很多基本单元实现的。

结合QIODevice，QDataStream可以很方便地对文件、网络套接字等进行读写操作。

QFile file("file.dat");
file.open(QIODevice::WriteOnly);
QDataStream out(&file);
out << QString("the answer is");
out << (qint32)42;

为性能起见，数据只有在文件关闭时才会真正写入。因此，我们必须在最后添加一行代码：

file.close(); // 如果不想关闭文件，可以使用 file.flush();

文件读取：

QFile file("file.dat");
file.open(QIODevice::ReadOnly);
QDataStream in(&file);
QString str;
qint32 a;
in >> str >> a;

需要注意的是，必须按照写入的顺序，将数据读取出来。也就是说，程序数据写入的顺序必须预先定义好。在这个例子中，我们首先写入字符串，然后写入数字，那么就首先读出来的就是字符串，然后才是数字。顺序颠倒的话，程序行为是不确定的，严重时会直接造成程序崩溃。

文本文件读写

文本文件是一种人可读的文件。为了操作这种文件，我们需要使用QTextStream类。

QTextStream会自动将 Unicode 编码同操作系统的编码进行转换，这一操作对开发人员是透明的。它也会将换行符进行转换，同样不需要自己处理。QTextStream使用 16 位的QChar作为基础的数据存储单位，同样，它也支持 C++ 标准类型，如 int 等。实际上，这是将这种标准类型与字符串进行了相互转换。

QTextStream同QDataStream的使用基本一致，例如下面的代码将把“The answer is 42”写入到 file.txt 文件中：

QFile data("file.txt");
if (data.open(QFile::WriteOnly | QIODevice::Truncate)) {
    QTextStream out(&data);
    out << "The answer is " << 42;
}

open()函数中增加了QIODevice::Truncate打开方式。我们可以从下表中看到这些打开方式的区别：

默认情况下，QTextStream的编码格式是 Unicode，如果我们需要使用另外的编码，可以使用:

stream.setCodec("UTF-8");

为方便起见，QTextStream同std::cout一样提供了很多描述符，被称为 stream manipulators。因为文本文件是供人去读的，自然需要良好的格式（相比而言，二进制文件就没有这些问题，只要数据准确就可以了）。这些描述符是一些函数的简写，我们可以从文档中找到：

这些描述符只是一些函数的简写。例如，我们想要输出 12345678 的二进制形式，那么可以直接使用

out << bin << 12345678;

就可以了。这等价于

out.setIntegerBase(2);
out << 12345678;

更复杂的，如果我们想要舒服 1234567890 的带有前缀、全部字母大写的十六进制格式（0xBC614E），那么只要使用

out << showbase << uppercasedigits << hex << 12345678;

即可。

不仅是QIODevice，QTextStream也可以直接把内容输出到QString。例如

QString str;
QTextStream(&str) << oct << 31 << " " << dec << 25 << endl;

这提供了一种简单的处理字符串内容的方法。

存储容器

存储容器（containers）有时候也被称为集合（collections），是能够在内存中存储其它特定类型的对象，通常是一些常用的数据结构，一般是通用模板类的形式。C++ 提供了一套完整的解决方案，作为标准模板库（Standard Template Library）的组成部分，也就是常说的 STL。

Qt 提供了另外一套基于模板的容器类。相比 STL，这些容器类通常更轻量、更安全、更容易使用。如果你对 STL 不大熟悉，或者更喜欢 Qt 风格的 API，那么你就应该选择使用这些类。当然，你也可以在 Qt 中使用 STL 容器，没有任何问题。

Qt 的容器类都不继承QObject，都提供了隐式数据共享、不可变的特性，并且为速度做了优化，具有较低的内存占用量等。另外一点比较重要的，它们是线程安全的。这些容器类是平台无关的，即不因编译器的不同而具有不同的实现；隐式数据共享，有时也被称作“写时复制（copy on write）”，这种技术允许在容器类中使用传值参数，但却不会出现额外的性能损失。

Qt 提供了顺序存储容器：QList，QLinkedList，QVector，QStack和QQueue。对于绝大多数应用程序，QList是最好的选择。虽然它是基于数组实现的列表，但它提供了快速的向前添加和向后追加的操作。如果你需要链表，可以使用QLinkedList。如果你希望所有元素占用连续地址空间，可以选择QVector。QStack和QQueue则是 LIFO 和 FIFO 的。

Qt 还提供了关联容器：QMap，QMultiMap，QHash，QMultiHash和QSet。带有“Multi”字样的容器支持在一个键上面关联多个值。“Hash”容器提供了基于散列函数的更快的查找，而非 Hash 容器则是基于二分搜索的有序集合。

另外两个特例：QCache和QContiguousCache提供了在有限缓存空间中的高效 hash 查找。

• QList< T>：这是至今为止提供的最通用的容器类。它将给定的类型 T 的对象以列表的形式进行存储，与一个整型的索引关联。QList在内部使用数组实现，同时提供基于索引的快速访问。我们可以使用 QList::append()和QList::prepend()在列表尾部或头部添加元素，也可以使用QList::insert()在中间插入。相比其它容器类，QList专门为这种修改操作作了优化。QStringList继承自QList。
• QLinkedList< T>：类似于 QList，除了它是使用遍历器进行遍历，而不是基于整数索引的随机访问。对于在中部插入大量数据，它的性能要优于QList。同时具有更好的遍历器语义（只要数据元素存在，QLinkedList的遍历器就会指向一个合法元素，相比而言，当插入或删除数据时，QList的遍历器就会指向一个非法值）。
• QVector< T>：用于在内存的连续区存储一系列给定类型的值。在头部或中间插入数据可能会非常慢，因为这会引起大量数据在内存中的移动。
• QStack< T>：这是QVector的子类，提供了后进先出（LIFO）语义。相比QVector，它提供了额外的函数：push()，pop()和top()。
• QQueue< T>：这是QList的子类，提供了先进先出（FIFO）语义。相比QList，它提供了额外的函数：enqueue()，dequeue()和head()。
• QSet< T>：提供单值的数学上面的集合，具有快速的查找性能。
• QMap< Key, T>：提供了字典数据结构（关联数组），将类型 T 的值同类型 Key 的键关联起来。通常，每个键与一个值关联。QMap以键的顺序存储数据；如果顺序无关，QHash提供了更好的性能。
• QMultiMap< Key, T>：这是QMap的子类，提供了多值映射：一个键可以与多个值关联。
• QHash< Key, T>：该类同QMap的接口几乎相同，但是提供了更快的查找。QHash以字母顺序存储数据。
• QMultiHash< Key, T>：这是QHash的子类，提供了多值散列。

所有的容器都可以嵌套。例如，QMap< QString, QList< int> >是一个映射，其键是QString类型，值是QList< int>类型，也就是说，每个值都可以存储多个 int。这里需要注意的是，C++ 编译器会将连续的两个 > 当做输入重定向运算符，因此，这里的两个 > 中间必须有一个空格。

能够存储在容器中的数据必须是可赋值数据类型。所谓可赋值数据类型，是指具有默认构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符的类型。绝大多数数据类型，包括基本类型，比如 int 和 double，指针，Qt 数据类型，例如QString、QDate和QTime，都是可赋值数据类型。但是，QObject及其子类（QWidget、QTimer等）都不是。也就是说，你不能使用QList< QWidget>这种容器，因为QWidget的拷贝构造函数和赋值运算符不可用。如果你需要这种类型的容器，只能存储其指针，也就是QList< QWidget *>。

根据数据结构的相关内容，我们有必要对这些容器类的算法复杂性进行定量分析。算法复杂度关心的是在数据量增长时，容器的每一个函数究竟有多快（或者多慢）。

常量时间：O(1)。如果一个函数的运行时间与容器中数据量无关，我们说这个函数是常量时间的。QLinkedList::insert()就是常量时间的。

• 对数时间：O(log n)。如果一个函数的运行时间是容器数据量的对数关系，我们说这个函数是对数时间的。qBinaryFind()就是对数时间的。
• 线性时间：O(n)。如果一个函数的运行时间是容器数据量的线性关系，也就是说直接与数量相关，我们说这个函数是限行时间的。QVector::insert()就是线性时间的。
• 线性对数时间：O(n log n)。线性对数时间要比线性时间慢，但是要比平方时间快。
• 平方时间：O(n2)。平方时间与容器数据量的平方关系。

上表中，所谓“统计”，意思是统计意义上的数据。例如“统计 O(1)”是说，如果只调用一次，其运行时间是 O(n)，但是如果调用多次（例如 n 次），则平均时间是 O(1)。

STL 风格的遍历器:

STL 风格的遍历器从 Qt 2.0 就开始提供。这种遍历器能够兼容 Qt 和 STL 的通用算法，并且为速度进行了优化。Qt 提供了两种 STL 风格的遍历器：一种是只读访问，一种是读写访问。我们推荐尽可能使用只读访问，因为它们要比读写访问的遍历器快一些。

QList<QString> list;
list << "A" << "B" << "C" << "D";

QList<QString>::iterator i;
for (i = list.begin(); i != list.end(); ++i) {
    *i = (*i).toLower();
}

容器的begin()函数返回指向该容器第一个元素的遍历器；end()函数返回指向该容器最后一个元素之后的元素的遍历器。end()实际是一个非法位置，永远不可达。这是为跳出循环做的一个虚元素。

QList<QString>::const_iterator i;
for (i = list.constBegin(); i != list.constEnd(); ++i) {
    qDebug() << *i;
}

QMap<int, int> map;

QMap<int, int>::const_iterator i;
for (i = map.constBegin(); i != map.constEnd(); ++i) {
    qDebug() << i.key() << ":" << i.value();
}

QLinkedList<QString> list;
...
QString str;
foreach (str, list) {
    qDebug() << str;
}

QLinkedList<QString> list;
...
QLinkedListIterator<QString> i(list);
while (i.hasNext()) {
    qDebug() << i.next();
}