Qt QFileInfo::caching()のプログラミング例とパフォーマンスへの影響

もう少し詳しく説明します。

QFileInfo クラスは、ファイルやディレクトリに関するさまざまな情報（名前、パス、サイズ、最終更新日時、パーミッションなど）を提供するクラスです。これらの情報を取得するために、QFileInfo オブジェクトは通常、ファイルシステムにアクセスする必要があります。

しかし、ファイルシステムへのアクセスは比較的コストのかかる操作です。特に、同じファイルやディレクトリの情報に何度もアクセスする場合、その都度ファイルシステムにアクセスするのは非効率的です。

そこで、QFileInfo クラスは、一度取得した情報を内部にキャッシュする機能を持っています。これにより、同じ情報が再度必要になった場合に、ファイルシステムにアクセスすることなく、キャッシュされた情報を提供できるため、パフォーマンスが向上します。

• false を返す場合
  QFileInfo オブジェクトは、情報をキャッシュしていません。したがって、情報を取得するたびにファイルシステムにアクセスします。
• true を返す場合
  QFileInfo オブジェクトは、ファイルシステムから取得した情報を内部にキャッシュしています。したがって、同じ情報への後続のアクセスは高速になる可能性があります。

どのような場合にキャッシュが有効または無効になるのでしょうか？

通常、QFileInfo オブジェクトが作成された時点では、キャッシュは有効になっています。しかし、以下のようないくつかの状況でキャッシュが無効になることがあります。

• ファイルシステムの変化
  QFileInfo オブジェクトがキャッシュしている情報がファイルシステム上で変更された場合、そのキャッシュは無効になる可能性があります。ただし、Qt は自動的に変更を検知するわけではないため、状況によっては古い情報が残っている可能性もあります。そのため、ファイルシステムの状態が変化する可能性がある場合は、必要に応じて refresh() 関数を呼び出して情報を再取得することが推奨されます。
• QFileInfo::setCaching(false) の呼び出し
  明示的にこの関数を false を引数として呼び出すことで、特定の QFileInfo オブジェクトのキャッシュを無効にできます。

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一般的な誤解とトラブルシューティング

1. • 誤解
     QFileInfo オブジェクトがキャッシュを有効にしている場合 (caching() が true を返す場合)、ファイルシステム上の変更が常に即座に反映されると思っている。
   • 実際
     QFileInfo は、ファイルシステムの変化を自動的に監視するわけではありません。一度キャッシュされた情報は、明示的に refresh() 関数を呼び出すまで更新されません。
   • トラブルシューティング
     
     • ファイルシステムの状態が変化する可能性がある場合は、QFileInfo オブジェクトの情報を利用する前に refresh() 関数を呼び出すことを検討してください。
     • 特に、外部のプロセスや別の場所からファイルが変更される可能性がある場合に注意が必要です。

2. キャッシュが無効になっている場合のパフォーマンス低下
   

   • 問題
     同じファイルやディレクトリの情報に何度もアクセスする処理で、誤ってキャッシュを無効にしている (setCaching(false) を呼び出している) ため、パフォーマンスが低下している。
   • トラブルシューティング
     
     • 本当にキャッシュを無効にする必要があるのかどうかを再検討してください。通常は、デフォルトのキャッシュ有効の状態で問題ありません。
     • 特定の処理でのみキャッシュを無効にしたい場合は、その範囲を限定し、不要になったら再度有効に戻すことを検討してください。

3. 複数の QFileInfo オブジェクト間でのキャッシュの共有に関する誤解
   

   • 誤解
     異なる QFileInfo オブジェクトが同じファイルを参照している場合、それらの間でキャッシュが共有されると思っている。
   • 実際
     各 QFileInfo オブジェクトは独立したキャッシュを持っています。あるオブジェクトで refresh() を呼び出しても、別のオブジェクトのキャッシュが自動的に更新されるわけではありません。
   • トラブルシューティング
     
     • 複数の QFileInfo オブジェクトで最新の情報を共有したい場合は、必要に応じてそれぞれのオブジェクトで refresh() を呼び出す必要があります。
     • または、ファイルパスなどの情報を共有し、必要に応じて新しい QFileInfo オブジェクトを作成することを検討してください。

4. キャッシュの有効/無効の設定が意図しない場所で行われている
   

   • 問題
     コードの別の場所で意図せず setCaching(false) が呼び出されており、特定の処理でキャッシュが期待通りに機能しない。
   • トラブルシューティング
     
     • コード全体を検索して、setCaching() の呼び出し箇所を確認し、意図しない設定が行われていないか確認してください。
     • 特に、複数のクラスや関数で QFileInfo オブジェクトを扱っている場合に注意が必要です。

5. キャッシュされている情報の有効期限に関する誤解
   

   • 誤解
     キャッシュされた情報には自動的な有効期限があり、古くなると自動的に再取得されると思っている。
   • 実際
     QFileInfo のキャッシュには、明示的に refresh() が呼び出されるまで有効期限という概念はありません。
   • トラブルシューティング
     
     • 時間経過によってファイルシステムの情報が変化する可能性がある場合は、定期的に refresh() を呼び出す必要があります。

QFileInfo::caching() 自体がエラーを引き起こすことは少ないですが、キャッシュの仕組みを正しく理解していないと、パフォーマンスの低下や古い情報の利用といった問題につながる可能性があります。

トラブルシューティングの際は、以下の点に注意してください。

• 複数の QFileInfo オブジェクトの独立性
  各オブジェクトは独立したキャッシュを持つことを理解し、必要に応じて個別に更新する。
• キャッシュの有効/無効の意図的な管理
  setCaching() の呼び出しを慎重に行い、本当に必要な場合にのみキャッシュを無効にする。
• refresh() 関数の適切な利用
  ファイルシステムの状態が変化する可能性がある場合は、積極的に refresh() を呼び出して情報を更新する。

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例1: キャッシュの状態を確認する

#include <QCoreApplication>
#include <QFileInfo>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QElapsedTimer>

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

    // 存在しないファイルに対する QFileInfo オブジェクトを作成
    QFileInfo fileInfoNonExistent("non_existent_file.txt");
    qDebug() << "存在しないファイル (初期キャッシュ状態):" << fileInfoNonExistent.caching();

    // 既存のファイルに対する QFileInfo オブジェクトを作成
    QFile tempFile("temp_test_file.txt");
    if (tempFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        tempFile.write("これはテストファイルの内容です。\n");
        tempFile.close();
    }
    QFileInfo fileInfoExisting("temp_test_file.txt");
    qDebug() << "既存のファイル (初期キャッシュ状態):" << fileInfoExisting.caching();

    // キャッシュを無効にする
    fileInfoExisting.setCaching(false);
    qDebug() << "既存のファイル (キャッシュ無効後):" << fileInfoExisting.caching();

    // キャッシュを再度有効にする
    fileInfoExisting.setCaching(true);
    qDebug() << "既存のファイル (キャッシュ再有効後):" << fileInfoExisting.caching();

    QFile::remove("temp_test_file.txt"); // テストファイルを削除

    return a.exec();
}

説明

• 出力結果から、QFileInfo オブジェクトの初期状態では通常キャッシュが有効になっていることがわかります。
• 最後に、setCaching(true) でキャッシュを再度有効にし、状態を確認しています。
• 次に、既存のファイルに対する QFileInfo オブジェクトのキャッシュを setCaching(false) で無効にし、再度 caching() で状態を確認しています。
• この例では、存在しないファイルと既存のファイルに対して QFileInfo オブジェクトを作成し、それぞれの初期のキャッシュ状態を caching() 関数で確認しています。

例2: キャッシュがパフォーマンスに与える影響 (ファイルサイズの取得)

#include <QCoreApplication>
#include <QFileInfo>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QElapsedTimer>

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

    // 大きなテストファイルを作成 (例として 1MB)
    QString largeFileName = "large_test_file.bin";
    QFile largeFile(largeFileName);
    if (largeFile.open(QIODevice::WriteOnly)) {
        largeFile.resize(1024 * 1024); // 1MB
        largeFile.close();
    }

    QFileInfo fileInfo(largeFileName);
    QElapsedTimer timer;
    qint64 fileSize;
    int iterations = 1000;

    // キャッシュ有効時のファイルサイズ取得
    timer.start();
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        fileSize = fileInfo.size();
    }
    qDebug() << "キャッシュ有効時のファイルサイズ取得 (" << iterations << "回):" << timer.elapsed() << "ミリ秒";

    // キャッシュ無効時のファイルサイズ取得
    fileInfo.setCaching(false);
    timer.start();
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        fileSize = fileInfo.size();
    }
    qDebug() << "キャッシュ無効時のファイルサイズ取得 (" << iterations << "回):" << timer.elapsed() << "ミリ秒";

    QFile::remove(largeFileName); // テストファイルを削除

    return a.exec();
}

説明

• 出力結果を比較することで、キャッシュが有効な場合の方が、ファイルシステムへのアクセスが減るため、一般的に処理が高速になることがわかります。ただし、ファイルシステムの状態が頻繁に変化する場合は、キャッシュの効果が薄れることもあります。
• 次に、setCaching(false) でキャッシュを無効にし、再度 size() 関数を同じ回数呼び出し、処理時間を計測します。
• QFileInfo オブジェクトを作成し、キャッシュが有効な状態で size() 関数を複数回呼び出し、その処理時間を計測します。
• この例では、1MB の大きなテストファイルを作成します。

例3: refresh() 関数を使ってキャッシュを更新する

#include <QCoreApplication>
#include <QFileInfo>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QThread>

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

    QString testFileName = "dynamic_test_file.txt";
    QFile testFile(testFileName);
    if (testFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("初期内容\n");
        testFile.close();
    }

    QFileInfo fileInfo(testFileName);
    qDebug() << "初期ファイルサイズ:" << fileInfo.size();

    // ファイルの内容を更新
    QThread::sleep(1); // 少し待つ
    if (testFile.open(QIODevice::Append | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("追記された内容\n");
        testFile.close();
    }

    // キャッシュされたファイルサイズ (更新前の可能性あり)
    qDebug() << "更新後 (キャッシュ):" << fileInfo.size();

    // キャッシュを明示的に更新
    fileInfo.refresh();
    qDebug() << "更新後 (refresh 後):" << fileInfo.size();

    QFile::remove(testFileName); // テストファイルを削除

    return a.exec();
}

• refresh() を呼び出すことで、QFileInfo オブジェクトがファイルシステムの最新の状態を再読み込みし、size() は更新されたファイルサイズを返すようになります。
• refresh() を呼び出す前に size() を呼び出すと、キャッシュされた古いサイズが表示される可能性があります。
• その後、ファイルの内容を追記してサイズを変更します。
• この例では、最初にファイルを作成し、そのサイズを取得します。

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必要に応じて QFileInfo オブジェクトを再作成する

• コード例
  
• 欠点
  同じファイルの情報に何度もアクセスする場合、オブジェクトの作成コストとファイルシステムへのアクセスコストが繰り返し発生し、パフォーマンスが低下する可能性があります。
• 利点
  常に最新の情報にアクセスできるため、キャッシュの整合性を気にする必要がありません。
• 説明
  明示的にキャッシュを無効にする代わりに、ファイルシステムの情報が必要になるたびに新しい QFileInfo オブジェクトを作成する方法です。新しいオブジェクトは、その時点でのファイルシステムの最新情報を取得します。

#include <QCoreApplication>
#include <QFileInfo>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QThread>

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

    QString testFileName = "dynamic_test_file_alt.txt";
    QFile testFile(testFileName);
    if (testFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("初期内容\n");
        testFile.close();
    }

    // 最初の QFileInfo オブジェクト
    QFileInfo fileInfo1(testFileName);
    qDebug() << "初期ファイルサイズ:" << fileInfo1.size();

    // ファイルの内容を更新
    QThread::sleep(1);
    if (testFile.open(QIODevice::Append | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("追記された内容\n");
        testFile.close();
    }

    // 新しい QFileInfo オブジェクトを作成して最新の情報を取得
    QFileInfo fileInfo2(testFileName);
    qDebug() << "更新後 (新しい QFileInfo):" << fileInfo2.size();

    QFile::remove(testFileName);

    return a.exec();
}

情報を手動で管理する

• コード例 (概念的なもの)
  
• 欠点
  ファイルシステムの変更を自分で検知し、更新処理を実装する必要があるため、複雑になる可能性があります。また、QFileInfo が提供する多くの便利な機能を利用できません。
• 利点
  情報の更新タイミングを完全に制御できます。
• 説明
  QFileInfo を直接使用する代わりに、必要なファイルシステム情報を自分で変数に保持し、ファイルが変更された可能性がある場合にのみ手動で更新する方法です。

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QDateTime>
#include <QThread>

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

    QString testFileName = "manual_info_file.txt";
    QFile testFile(testFileName);
    if (testFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("初期内容\n");
        testFile.close();
    }

    qint64 fileSize = QFile(testFileName).size();
    QDateTime lastModified = QFileInfo(testFileName).lastModified();

    qDebug() << "初期ファイルサイズ (手動管理):" << fileSize;
    qDebug() << "初期最終更新日時 (手動管理):" << lastModified;

    // ファイルの内容を更新
    QThread::sleep(1);
    if (testFile.open(QIODevice::Append | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("追記された内容\n");
        testFile.close();
    }

    // ファイルが変更されたと仮定して情報を更新
    fileSize = QFile(testFileName).size();
    lastModified = QFileInfo(testFileName).lastModified();

    qDebug() << "更新後ファイルサイズ (手動管理):" << fileSize;
    qDebug() << "更新後最終更新日時 (手動管理):" << lastModified;

    QFile::remove(testFileName);

    return a.exec();
}

ファイルシステム監視 API を利用する (QFileSystemWatcher)

• コード例
  
• 欠点
  監視対象が増えるとシステムリソースを消費する可能性があります。また、変更通知のタイミングはOSに依存する場合があります。
• 利点
  ファイルシステムの変更をリアルタイムに検知できるため、常に最新の情報に基づいて処理を行えます。
• 説明
  Qt が提供する QFileSystemWatcher クラスを使用すると、特定のファイルやディレクトリの変更を監視できます。変更が検出されたら、関連する QFileInfo オブジェクトを更新したり、必要な処理を実行したりできます。

#include <QCoreApplication>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QFileSystemWatcher>
#include <QThread>

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

    QString testFileName = "watched_file.txt";
    QFile testFile(testFileName);
    if (testFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        testFile.write("初期内容\n");
        testFile.close();
    }

    QFileSystemWatcher watcher;
    watcher.addPath(testFileName);

    QObject::connect(&watcher, &QFileSystemWatcher::fileChanged,
                     [&](const QString &path) {
        QFileInfo fileInfo(path);
        qDebug() << "ファイルが変更されました:" << path << ", サイズ:" << fileInfo.size();
    });

    qDebug() << "監視を開始...";

    // ファイルの内容を更新 (別スレッドで実行するなど、イベントループをブロックしないように注意)
    QThread::sleep(2);
    QFile::remove(testFileName);
    QThread::sleep(1);
    if (QFile testFile2(testFileName); testFile2.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Text)) {
        testFile2.write("新しい内容\n");
        testFile2.close();
    }

    // イベントループを実行し、ファイル変更の通知を受け取る
    return a.exec();
}

QFileInfo::caching() は、個々のオブジェクトのキャッシュを制御する直接的な方法ですが、アプリケーションの要件やファイルシステムの変更頻度によっては、以下の代替方法も検討できます。

• QFileSystemWatcher の利用
  リアルタイムな監視が可能だがリソース消費に注意が必要。
• 手動での情報管理
  高度な制御が可能だが複雑性が増す。
• QFileInfo オブジェクトの再作成
  シンプルだがパフォーマンスに注意が必要。