读取QJsonDocument如何避免额外拷贝？代码中哪些操作是拷贝？

问题背景 #

尝试读取QJsonDocument时希望尽量减少数据拷贝次数，看到他人示例代码仅读取操作就存在2-3次拷贝，但无法区分哪些操作是拷贝文档数据，哪些本质是指向文档的引用。自身对相关类的理解可能存在偏差：

• QJsonDocument类似顶层QJsonObject，提供文档级成员函数，存储整个文档。
• QJsonObject是有序树形对象，节点对应键，原以为它会拷贝所指向的文档片段，这显然低效。
• QJsonValueRef类似QJsonObject的引用，但不理解为何不用迭代器替代，且使用它似乎难以避免拷贝QJsonObject内容。

需要读取的JSON示例：

{
    "FirstName": "John",
    "LastName": "Doe",
    "MiddleName": null,
    "Age": 43,

    "Address": {
        "Street": "Downing Street 10",
        "City": "London",
        "Country": "Great Britain"
    },
    "Phone numbers": [
        "+44 1234567",
        "+44 2345678"
    ],
    "Valid":true
}

参考的解决方案代码（行编号用于提问）：

QJsonObject jsonObj = jsonDoc.object(); // (1)
QTextStream textStream(stdout);

QJsonValue jsonVal = jsonObj.value(QString("Address")); // (2)
QJsonObject jsonItemObj = jsonVal.toObject(); // (3)

QJsonValue jsonSubVal;

jsonSubVal = jsonItemObj["Street"]; // (4)
textStream << jsonSubVal.toString() << endl; // (5)

jsonSubVal = jsonItemObj["City"];
textStream << jsonSubVal.toString() << endl;

jsonSubVal = jsonItemObj["Country"];
textStream << jsonSubVal.toString() << endl;

疑问：(1)-(5)中哪些操作属于拷贝？有没有办法消除这些拷贝？（注：(5)中仅指jsonSubVal.toString()而非textStream <<操作）

分析与优化方案 #

哪些操作是拷贝？ #

首先明确Qt的QJson系列类核心机制：QJsonDocument、QJsonObject、QJsonArray均基于隐式共享（Implicit Sharing，写时复制）的容器类，仅当修改指向的数据时才会触发实际拷贝，单纯读取操作大多只是复制轻量级容器对象（内部为指向数据的指针，开销极小），具体分析如下：

• 行(1)：QJsonObject jsonObj = jsonDoc.object();
jsonDoc.object()返回QJsonObject，因隐式共享机制，此操作仅复制轻量级对象（内部指针指向原文档数据），未拷贝实际JSON数据，仅后续修改jsonObj时才会触发拷贝。
• 行(2)：QJsonValue jsonVal = jsonObj.value(QString("Address"));
jsonObj.value()返回QJsonValue，这是一个轻量级封装类型，要么直接存储简单值，要么存储指向复杂类型（如QJsonObject/QJsonArray）的指针，未拷贝Address对象的实际数据，仅获取原数据的引用封装。
• 行(3)：QJsonObject jsonItemObj = jsonVal.toObject();
  同样基于隐式共享，复制的QJsonObject仅为指向原Address数据的轻量级容器，未拷贝实际JSON键值对数据，修改时才会触发拷贝。
• 行(4)：jsonSubVal = jsonItemObj["Street"];
jsonItemObj["Street"]返回QJsonValueRef（左值场景），赋值给QJsonValue时会转换为轻量级封装，未拷贝Street的字符串数据，仅引用原数据。
• 行(5)：jsonSubVal.toString()
  此操作会拷贝字符串数据，因QString本身为隐式共享类型，toString()返回新的QString。若仅用于输出，该拷贝难以完全避免（Qt未提供直接获取原JSON字符串引用的接口）。

如何消除不必要的拷贝？ #

虽然上述大部分操作未实际拷贝JSON数据，但可通过引用或链式调用简化代码，减少多余中间对象：

优化后的简洁版本

// 用const引用接收顶层对象，避免轻量级容器复制（开销极小，但更严谨）
const QJsonObject& jsonObj = jsonDoc.object();
QTextStream textStream(stdout);

// 链式调用跳过中间变量
textStream << jsonObj["Address"].toObject()["Street"].toString() << endl;
textStream << jsonObj["Address"].toObject()["City"].toString() << endl;
textStream << jsonObj["Address"].toObject()["Country"].toString() << endl;

更安全的版本（避免键不存在导致的空值问题）

const QJsonObject& jsonObj = jsonDoc.object();
const QJsonValue addressVal = jsonObj.value("Address");
if (addressVal.isObject()) {
    const QJsonObject& addressObj = addressVal.toObject();
    textStream << addressObj.value("Street").toString() << endl;
    textStream << addressObj.value("City").toString() << endl;
    textStream << addressObj.value("Country").toString() << endl;
}

关键优化点：

• 使用**const QJsonObject&**接收jsonDoc.object()和addressVal.toObject()的返回值，避免轻量级容器对象的复制。
• 链式调用减少不必要的中间变量创建。
• 若需多次复用字符串，可存储为const QString&避免多次拷贝：

  const QString& street = addressObj.value("Street").toString();
  textStream << street << endl;
  // 后续复用street时无需再次拷贝
  

关于QJsonValueRef的补充说明 #

QJsonValueRef并非用来替代迭代器，它是使用operator[]修改QJsonObject值时的代理类：例如jsonObj["Key"] = 123，jsonObj["Key"]返回的QJsonValueRef会直接修改原对象数据，避免拷贝整个QJsonObject。而迭代器用于遍历QJsonObject的键值对，两者用途不同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bobby