QTableWidget 中insertRow(0)（头插）和 insertRow(rowCount())（尾插）的性能差异

一、目的

在 Qt 的 QTableWidget 中，insertRow(0) （头插）和 insertRow(rowCount())（尾插）在性能上存在显著差异。

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二、QAbstractItemModel:: insertRows 原文解释

QAbstractItemModel Class | Qt Core 5.15.18

AI 解释

QAbstractItemModel:: insertRows 是 Qt 模型/视图框架中用于在模型中插入行的一个虚函数。以下是对该函数的详细解释，包括其功能、参数、返回值以及如何正确实现自定义模型中的插入操作。

​函数声明

[virtual] bool QAbstractItemModel::insertRows(int row, int count, const QModelIndex &parent = QModelIndex())

​功能概述

insertRows 函数用于在模型中指定位置插入一行或多行数据。具体来说，它会在给定的 row 位置之前插入 count 行新数据。这些新行将成为由 parent 模型索引表示的父项的子项。

​参数说明

• ​int row
  指定插入行的位置。如果 row 为 0，新行将被插入到父项的最前面；如果 row 等于 rowCount(parent)，新行将被追加到父项的最后面。
• ​int count
  要插入的行数。可以一次性插入多行数据。
• ​const QModelIndex &parent = QModelIndex()
  表示插入行的父索引。如果 parent 是无效索引（默认值），则插入的行将成为顶级行（即没有父项）。否则，新行将作为 parent 所表示的父项的子项插入。

​返回值

• ​bool
  返回 true 表示插入操作成功；返回 false 表示插入操作失败。

​注意事项

1. ​基类实现
   QAbstractItemModel 的基类实现是空的，直接调用会返回 false。因此，如果你的自定义模型需要支持插入行的操作，必须重写（reimplement）此函数。
2. ​通知机制
   在实际插入数据之前和之后，必须调用 beginInsertRows 和 endInsertRows 函数。这两个函数用于通知视图和其他相关组件模型数据的变化，以确保界面能够正确更新。
3. ​实现逻辑
   当重写 insertRows 时，除了调用 beginInsertRows 和 endInsertRows 来通知变化外，还需要在内部数据结构中实际插入新的数据行。

​示例代码

以下是一个简单的自定义模型中重写 insertRows 的示例：

#include <QAbstractItemModel>
#include <QModelIndex>
#include <QVariant>
#include <QList>

class MyModel : public QAbstractItemModel {
    Q_OBJECT

public:
    // 构造函数和其他必要的成员函数...

    // 重写 insertRows 函数
    bool insertRows(int row, int count, const QModelIndex &parent = QModelIndex()) override {
        // 开始插入操作的通知
        beginInsertRows(parent, row, row + count - 1);

        // 在内部数据结构中插入新行
        if (!parent.isValid()) {
            // 插入顶级行
            for (int i = 0; i < count; ++i) {
                m_data.insert(row, QVariant()); // 假设 m_data 是 QList<QVariant>
            }
        } else {
            // 插入子行（假设父项有子项列表）
            MyItem *parentItem = static_cast<MyItem*>(parent.internalPointer());
            if (parentItem) {
                parentItem->appendChildItems(count); // 假设有相应的方法添加子项
            }
        }

        // 结束插入操作的通知
        endInsertRows();

        return true; // 插入成功
    }

    // 其他必要的虚函数实现...

private:
    QList<QVariant> m_data; // 示例数据结构，实际应用中可能更复杂
};

​详细解释

1. ​调用 beginInsertRows

   beginInsertRows(parent, row, row + count - 1);
   

   这个函数通知所有连接到模型的视图，即将在 parent 父索引下的 row 到 row + count - 1 位置插入新行。这使视图能够预先调整其布局和缓冲区，以适应即将到来的数据变化。

2. ​修改内部数据结构
   根据 parent 是否有效，决定是插入顶级行还是子行：

   • ​顶级行：直接在 m_data 列表的指定位置插入新数据。
   • ​子行：通过 parent 获取对应的父项对象，并调用相应的方法在父项下插入新的子项。

3. ​调用 endInsertRows

   endInsertRows();
   

   这个函数通知视图插入操作已完成，视图可以更新显示新的数据行。

4. ​返回值
   返回 true 表示插入操作成功。如果插入过程中出现错误，可以返回 false，但通常需要提供适当的错误处理机制。

​使用场景

• ​动态添加数据：当用户通过界面按钮或其他方式请求添加新行时，模型通过 insertRows 插入新数据。
• ​批量插入：一次性插入多行数据，提高效率。
• ​层级结构：在树形结构模型中，为特定父项插入子行。

​性能考虑

• ​通知开销：频繁调用 beginInsertRows 和 endInsertRows 可能导致性能下降。因此，应尽量批量插入数据，而不是逐行插入。
• ​数据结构的效率：确保内部数据结构支持高效的插入操作。例如，使用链表可以快速在头部插入，而动态数组在尾部插入更高效。

​总结

QAbstractItemModel::insertRows 是实现自定义模型时用于插入新行的关键函数。通过正确重写此函数，并结合 beginInsertRows 和 endInsertRows 的通知机制，可以确保模型数据的动态变化能够正确反映在关联的视图上，同时保持良好的性能和用户体验。

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三、QTableWidget::insertRow(int row) 源码

路径

• Qt\5.15.2\Src\qtbase\src\widgets\itemviews\qtablewidget. cpp
• Qt\5.15.2\Src\qtbase\src\widgets\itemviews\qtablewidget_p.h

​代码解析

void QTableWidget::insertRow(int row)
{
    Q_D(QTableWidget);
    d->tableModel()->insertRows(row);
}

bool QTableModel::insertRows(int row, int count, const QModelIndex &)
{
    if (count < 1 || row < 0 || row > verticalHeaderItems.count())
        return false;

    beginInsertRows(QModelIndex(), row, row + count - 1);
    int rc = verticalHeaderItems.count();
    int cc = horizontalHeaderItems.count();
    verticalHeaderItems.insert(row, count, 0);
    if (rc == 0)
        tableItems.resize(cc * count);
    else
        tableItems.insert(tableIndex(row, 0), cc * count, 0);
    endInsertRows();
    return true;
}

class QTableModel : public QAbstractTableModel
{
	Q_OBJECT
	friend class QTableWidget;
	.....
private:
	const QTableWidgetItem *prototype;
	QVector<QTableWidgetItem*> tableItems;
	QVector<QTableWidgetItem*> verticalHeaderItems;
	QVector<QTableWidgetItem*> horizontalHeaderItems;
	// A cache must be mutable if get-functions should have const modifiers
	mutable QModelIndexList cachedIndexes; };

从这段代码可以看出，QTableWidget 的插入行操作实际上是通过其内部的 QTableModel 来实现的，具体步骤包括：

1. ​插入表头项：verticalHeaderItems.insert(row, count, 0);
2. ​插入表格数据项：
   • 如果当前表格没有行 (rc == 0)，则直接调整 tableItems 的大小。
   • 否则，在指定位置插入新的数据项，tableItems.insert(tableIndex(row, 0), cc * count, 0);

​性能差异分析

​1. 性能差异的核心原因

​头插 (insertRow(0))

• ​表头项操作：
  verticalHeaderItems.insert(row, count, 0) 在 QVector 头部插入元素，需要将后续所有元素向后移动，时间复杂度为 ​O (n)（n 为当前行数）。
• ​表格数据操作：
  tableItems.insert(tableIndex(row, 0), cc * count, 0) 在数据数组头部插入新元素，同样需要移动后续所有数据，时间复杂度为 ​O (n * m)（m 为列数）。
• ​视图更新：
  触发 beginInsertRows 和 endInsertRows，通知视图重新计算所有行的位置，导致界面重绘开销较大。

​尾插 (insertRow(rowCount()))

• ​表头项操作：
  在 QVector 尾部追加元素，时间复杂度为 ​O (1)（假设预分配了足够内存）。
• ​表格数据操作：
  • 若表格为空，通过 tableItems.resize(cc * count) 初始化内存（O (1)）。
  • 若表格非空，直接追加到 QVector 末尾（O (1)）。
• ​视图更新：
  视图仅需扩展显示区域，渲染开销更低。

​2. 插入操作的时间复杂度

• ​尾插 (insertRow(rowCount()))：
  • ​表头项插入：在 QVector 的末尾插入元素，时间复杂度为 ​O(1)。
  • ​表项数据插入：如果表格为空，仅需调整大小；否则，由于是在末尾插入，QVector::insert 在有预留空间的情况下也是 ​O(1)。但如果有重新分配内存的需求，可能会涉及到 ​O(n) 的复制操作，但这种情况在尾部插入时较少发生。
• ​头插 (insertRow(0))：
  • ​表头项插入：在 QVector 的开头插入元素，需要移动所有现有元素，时间复杂度为 ​O(n)。
  • ​表项数据插入：同样，在开头插入需要移动所有现有的数据项，时间复杂度为 ​O(n)。如果表格较大，这种移动操作的开销会显著增加。

​3. 实际性能影响

• ​数据量较小：
  • 当表格中的行数较少（例如几十行）时，头插和尾插的性能差异可能不明显，用户几乎感觉不到延迟。
• ​数据量较大：
  • 当表格包含数千行甚至更多行时，头插操作由于需要频繁移动大量元素，会导致明显的性能下降，甚至可能造成界面卡顿或响应延迟。
  • 尾插操作由于主要在末尾添加元素，性能相对稳定，几乎不受插入次数的影响。

​4. 内存与缓存的影响

• ​内存重新分配：
  • QVector 在插入元素时，如果当前容量不足以容纳新元素，会进行内存重新分配和元素复制。头插操作由于频繁移动元素，可能更频繁地触发内存重新分配，增加开销。
• ​缓存局部性：
  • 尾插操作更有利于 CPU 缓存的利用，因为新元素通常被添加到内存的连续区域。而头插操作打乱了数据的连续性，导致缓存命中率降低，进一步影响性能。

​5. 实际性能对比

​操作类型	​时间复杂度	​内存移动次数	​适用场景	​性能影响
头插	O(n)	高（n 次移动）	按倒序插入少量数据	高（避免频繁使用）
尾插	O(1)	低（尾部追加）	常规数据追加、大规模插入	低（推荐优先使用）

• ​小数据量场景​（如数十行）：两者差异可忽略。
• ​大数据量场景​（如数万行）： - 头插单行耗时可能是尾插的 ​10 倍以上​（因需移动全部数据）。 - 尾插性能稳定，适合高频插入操作。
  ​

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四、​ 示例测试

以下是一个使用 QElapsedTimer 和 QTableWidget 测试 insertRow(0)（头插）和 insertRow(rowCount())（尾插）性能差异的完整示例代码。代码通过批量插入数据并测量时间，直观展示两者的性能差距：

#include <QApplication>
#include <QTableWidget>
#include <QTableWidgetItem>
#include <QElapsedTimer>
#include <QTimer>
#include <QDebug>

// 测试函数：插入指定行数到表格的头部或尾部
void testInsertPerformance(QTableWidget* table, int rowCount, const QString& testName) {
	table->clearContents();
	table->setRowCount(0);

	// 禁用视图更新以提高测试准确性
	table->setUpdatesEnabled(false);

	QElapsedTimer timer;
	timer.start();

	for (int i = 0; i < rowCount; ++i) {
		int row = (testName == "Head Insert") ? 0 : table->rowCount();
		table->insertRow(row);
		table->setItem(row, 0, new QTableWidgetItem(QString("Name %1").arg(i)));
		table->setItem(row, 1, new QTableWidgetItem(QString::number(i)));
		table->setItem(row, 2, new QTableWidgetItem(QString("City %1").arg(i % 10)));
	}

	auto elapsed_ms = timer.elapsed();
	table->setUpdatesEnabled(true); // 恢复视图更新

	qDebug() << testName << "Performance:";
	qDebug() << "  Time elapsed:" << elapsed_ms << "ms";
	qDebug() << "  Time elapsed:" << elapsed_ms << "ms";
	qDebug() << "  Memory used:" << table->sizeHint().height() * sizeof(QTableWidgetItem*) / 1024.<< "KB";
	qDebug() << "  Memory used:" << table->sizeHint().width() * sizeof(QTableWidgetItem*) / 1024.<< "KB";
}

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

	// 创建测试表格（3列）
	QTableWidget table;
	table.setColumnCount(3);
	table.setHorizontalHeaderLabels({ "Name", "Age", "City" });
	table.resize(600, 400);
	table.show();
#if 1
	// 测试头插性能（插入100000行）
	testInsertPerformance(&table, 100000, "Head Insert");

	// 等待用户操作后测试尾插性能
	QTimer::singleShot(2000, [&]() {
		testInsertPerformance(&table, 100000, "Tail Insert");
		});
#else
	//测试尾插性能
	testInsertPerformance(&table, 100000, "Tail Insert");
	// 等待用户操作后测试头插性能
	QTimer::singleShot(2000, [&]() {
		testInsertPerformance(&table, 100000, "Head Insert");
		});
#endif
	return a.exec();
}

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​代码解析与测试结果

1. ​核心逻辑

• ​禁用视图更新：通过 setUpdatesEnabled(false) 暂停界面刷新，避免渲染开销干扰时间测量。
• ​批量插入数据：循环插入指定行数，每行包含姓名、年龄、城市三列数据。
• ​时间测量：使用 QElapsedTimer 记录插入操作的耗时。
• ​内存估算：通过 sizeHint().height() 估算表格占用的内存（粗略计算）。

2. ​测试结果示例

​操作类型	​插入行数	​耗时（ms）​	​内存占用（KB）​
头插	100,000	9,224	1.5
尾插	100,000	2509	1.5

注：实际结果可能因硬件和 Qt 版本略有差异，但头插耗时通常比尾插高 ​。

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​性能差异原因

1. ​头插 (insertRow(0))：

   • ​数据移动：QVector 在头部插入元素需移动后续所有元素，时间复杂度为 ​O(n)。
   • ​内存重新分配：频繁插入导致内存多次重新分配，增加开销。

2. ​尾插 (insertRow(rowCount()))：

   • ​尾部追加：QVector 在尾部插入元素时间复杂度为 ​O(1)（预分配内存时）。
   • ​内存连续性：数据连续存储，缓存命中率高。

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​优化建议

1. ​预分配内存：若已知数据量，提前调用 table->setRowCount(rowCount) 预分配内存。
2. ​改用自定义模型：对超大数据集，使用 QAbstractTableModel 替代 QTableWidget，通过虚拟化技术减少内存占用。

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五、​ 优化建议

基于上述分析，以下是一些优化建议：

1. ​优先使用尾插：

   • 如果业务逻辑允许，尽量使用 insertRow(rowCount()) 进行尾插操作，以获得更好的性能表现。

2. ​批量插入：

   • 如果需要插入多行，尽量一次性批量插入，而不是逐行插入。例如，先收集所有需要插入的数据，然后调用一次 setRowCount 。

   // 示例：批量插入多行
   tableWidget->setRowCount(10000);
   for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
       // 填充数据
   }
   

3. ​使用模型/视图架构：

   • 如果需要频繁进行插入、删除等操作，考虑直接使用 QAbstractTableModel 或其子类 QStandardItemModel，而不是 QTableWidget。QAbstractTableModel 提供了更高的灵活性和性能优化空间，尤其是在处理大规模数据时。
   • 对于超大数据集，推荐使用 QTableView + 自定义 QAbstractTableModel / QStandardItemModel，通过虚拟化技术减少内存和渲染开销。例如：

   class CustomTableModel : public QAbstractTableModel {
       // 实现 data()、rowCount()、columnCount() 等虚函数
   };
   QTableView *tableView = new QTableView;
   tableView->setModel(new CustomTableModel);
   // 或者
   tableView->setModel(new QStandardItemModel);
   

4. ​延迟更新：

   • 若必须头插，可先禁用视图更新（setUpdatesEnabled(false)），插入多行后再统一刷新界面：

   tableWidget->setUpdatesEnabled(false);
   for (int i = 0; i < 100; ++i) {
       tableWidget->insertRow(0); // 批量头插
   }
   tableWidget->setUpdatesEnabled(true);
   

   • 在进行大量插入操作前，可以暂时禁用视图的更新，操作完成后再恢复。这可以通过 setUpdatesEnabled(false) 和 setUpdatesEnabled(true) 实现，但需要注意处理好数据的一致性。

   tableWidget->setUpdatesEnabled(false);
   // 执行批量插入操作
   tableWidget->setUpdatesEnabled(true);
   

5. ​懒加载技术：

   • 仅在可见区域加载数据，结合滚动事件动态插入行（参考 QT 懒加载技术 的 UpdateAlarmList 实现）：

   void AlarmCenter::wheelEvent(QWheelEvent *event) {
       // 根据滚动条位置动态加载数据
       int visibleRows = tableViewHeight / rowHeight;
       int startRow = currentRow - visibleRows / 2;
       UpdateAlarmList(startRow, visibleRows);
   }
   

6. 性能对比总结：

​指标	​头插	​尾插
​时间复杂度	O (n)（数据移动）	O (1)（尾部追加）
​内存操作	高（频繁重新分配和复制）	低（预分配或追加）
​界面渲染	高（全表重绘）	低（仅扩展区域）
​适用场景	倒序插入少量数据	常规追加、大规模插入

​总结

• ​头插 (insertRow(0))：
  • ​性能较低，尤其是在数据量较大时，由于需要在开头插入元素，导致所有现有元素需要移动，时间复杂度为 ​O(n)。
• ​尾插 (insertRow(rowCount()))：
  • ​性能较高，在末尾插入元素通常为 ​O(1)，即使有内存重新分配，也相对高效。

因此，在使用 QTableWidget::insertRow 时，​尾插性能远优于头插,应优先考虑尾插操作，以获得更好的性能表现。如果业务逻辑确实需要频繁进行头插操作，建议重新评估设计，或者考虑使用更适合频繁插入删除操作的模型/视图架构（如 QAbstractTableModel）配合自定义的数据结构优化性能。​