Qt：实现“类似示波器”实时绘图的最佳方式

Question

我正在基于Qwt 为 Qt 开发一个 Gui-Module 来绘制实时测量值，就像在数字示波器中一样。到目前为止一切正常，但也许还有一些功能需要添加;-)

在数据按列存储在 QVectors 中的那一刻，以及一个单独的 QObject 中的一个全局 timeReference QVector。因此，可以逐行丢弃数据，以仅将 Meusurement 保留到某个过去。所有 QVector 总是具有相同的长度。然后可以在 QwtPlot 中按行按时间正确绘制完整数据。

我想更多地封装数据存储，以便更独立地处理测量。因此，最好为每个测量添加一个单独的时间坐标列表，并将它们放在一个单独的 QObject 中，该 QObject 接受和传递数据。然后会有 10 或 20 个这样的 QObject，每个数据通道一个，由 QwtPlot 上的上覆 QObject 单独绘制。

数据现在可以是动态的——数据如何存储、更改或丢弃，外部不可见。

我的问题是：这很聪明吗？ 20 或 30 个 QObjects，包含每 10000 个测量值、10000 个时间值，以及一个类似大小（动态填充）的单独内存区域，其中显示数据的子集用于绘图......？将 QObject 中的每个测量值作为信号接收，以 1kHz 左右的频率发射是否合理？信号/槽部分来自于稍后使每个对象成为 QThread 的想法，并实现实时过滤，如对数据的低通或 FFT——因此，信号/槽连接可以方便地控制输出多线程环境？

如何将数据有效地存储在我的对象中？我正在考虑两个 QList，一个用于时间，一个用于宝贵数据。然后动态分配两个普通的双数组以进行动态访问，其指针与长度一起放入一个结构中并由 accessData(pastTime) 方法返回。动态存储器充满了从“现在”到过去某个点的 timeVal/测量组合，可由信号设置。由 QObject 内部的互斥锁保护的一切脆弱。

当丢弃旧值时，必须从头开始搜索 QList 以找到第一个足够年轻的值以保留，并丢弃位于该索引之前的值。 QMap 是否因为它的 upperBound() 函数而更智能？我认为隐藏的开销不值得。

专业人士将如何尝试巧妙、高效或轻松地解决此问题？我应该知道的特殊 Qt 功能？或者甚至有免费的解决方案吗？无论如何，对于这样一个基本问题，有很多文字......感谢您阅读这里;-)

提前致谢

马文

edith：在 stijns cmets 之后对论证进行了一些清理。

Answer 1

photo_tom 的回答非常概括：我会远离 QObjects 来实现数据处理和处理。

• 如果您决定为您的 gui 使用 Qt 以外的其他东西，您将很难重构代码。像 QList 和 QVector 这样的类可以被 STL 对应物替换而没有太大问题，但信号/插槽部分是另一回事。
• 任何用于信号处理（如过滤/fft）的第 3 部分实现都可能采用指向 1D 或 2D 数据的原始指针，因此您必须将它们从 QVector 中取出，我什至不确定这是否可行。如果不是，则必须从 QVector 中取出每个样本并将其复制到内存块中，然后进行处理，然后将其放回 QVector。
• 这给我们带来了关于 QList/QMap 的问题：它可以用它们中的任何一个来完成，但它们实际上被设计为具有随机访问迭代器的动态容器，而您拥有固定大小的内存块来保存 2D 数据。可能值得研究一个完全满足您需求的自定义数据容器类。拿一张纸，写下你真正需要的东西，理清思路，忘记 Qt/STL/... 然后想想你需要哪些组件来实现它，然后进一步思考如何实现这些组件（最终在 Qt 方面）。
• 对于这样的代码，最好永远不要重新分配。预先设置最大历史记录和您将允许的样本数量限制（或将其设为配置设置），并在程序开始时分配所需的数组，进一步重用相同的内存。
• 考虑一个循环缓冲区。当数据以其他速率进入而不是取出时，这很方便（就像数据采集的大多数情况一样），它不需要重新分配，它会自动保留历史记录，并且可以用最少数量的内存副本来实现，如果它被读取/ write 方法直接返回指向底层内存的指针。
• 也许重新考虑你的线程想法，它可能会使你的代码变得不必要地复杂：最终，来自不同通道的所有数据必须同时出现在屏幕上。如果用户在时间 x 看到来自通道 1 的数据，则来自通道 2 的数据也必须来自时间 x，否则它作为范围没有多大意义。但是假设您在不同的线程中处理来自这些通道的数据，您需要在执行实际显示的线程中进行额外的同步，因为并非所有数据线程都会同时在时间 x 完成处理块。除此之外，考虑一下可能没有任何性能提升：如果 CPU 必须以 100% 计算 30 个通道和剪辑的 FFT，如果将它们拆分为 30 个线程，是否真的会更快地计算这些 FFT？李>
• 顺便说一句，您说这是一个基本问题，我认为实际上并非如此。我已经在不同设备上完成了许多用于数据采集/处理/可视化/保存的应用程序，我认为这些应用程序是他最难开发的.​​.....

Answer 2

乍一看，QObjects 似乎是处理此类数据存储问题的绝佳方式。当我第一次开始使用 Qt 时，我也有同样的想法。但是，这不是它们的用途。在http://www.informit.com/articles/article.aspx?p=667415 上有一篇很好的关于 QObjects 的真正含义和功能的文章。

如果您要做的只是将数据存储在一个类中，就像我读到您的问题一样，那么不要使用基于 QObject 的类。开销会严重影响您的性能。

至于 Qt 的哪些特定功能可以帮助您，Qt 并没有什么特别的功能可以帮助您。我发现 Qt 的容器比标准模板库或一些 boost 的专用容器更容易使用，因为当时我对 stl 还不够了解。

从性能的角度来看，我最好的建议是通过编写内存池系统或使用Boost Pool 来最小化新/删除的数量。并且还可以最大限度地减少移动数据。