【Qt】Qt多线程编程指南:提升应用性能与用户体验
文章目录
- 前言
- 1. Qt 多线程概述
- 2. QThread 常用 API
- 3. 使用线程
- 4. 多线的使用场景
- 5. 线程安全问题
- 5.1. 加锁
- 5.2. QReadWriteLocker、QReadLocker、QWriteLocker
- 6. 条件变量 与 信号量
- 6.1. 条件变量
- 6.2 信号量
- 总结
前言
在现代软件开发中,多线程编程已成为一个不可或缺的技能,尤其是在需要处理复杂任务和提高应用程序性能的场合。Qt,作为一个跨平台的应用程序框架,提供了强大的多线程支持,使得开发者能够充分利用多核处理器的优势,开发出响应迅速且高效的应用程序。本文将深入探讨Qt多线程的基本概念、API使用、线程安全问题以及同步机制,旨在帮助开发者更好地理解和运用Qt的多线程功能。
1. Qt 多线程概述
Qt 多线程 和 Linux 中线程,本质是一个东西。
Linux 中的各种和线程相关的 原理 和 注意事项,都是在Qt中适用的。
Qt 中的多线程 API
Linux 中的多线程 API,Linux 系统提供的 pthread 库,Qt 中针对系统提供的线程 API 重新封装了。
C++ 11 中,也引入了线程 std::thread
Linux 原生多线程 API,设计的非常差,使用起来非常不方便(也是 C 语言本身的局限性引起的)实际开发中,很少使用原生 api
std::thread
要比 Linux 的 API 要更好一些
Qt 中的多线程 API,还要好一点,其实参考了 Java 中的线程库 API 的设计方式。
QThread
要想创建线程,就要创建出这样的实例,创建线程的时候,需要重点指定线程的入口函数。创建一个 QThread
的子类,重写其中 run
函数,起到指定函数入口的方式(多态)
(C++ 中这种做法,不算特别常见,相比之下 std::thread
直接指定回调的方式更常见一些,有些 C++ 的大佬,认为多态机制,带来运行时的额外开销(运行时,查询虚函数表,找到对应的函数再执行))
有些场景确实对于性能追求到极致(游戏引擎,AI,做高性能服务器…)
Qt 做客户端开发,客户端性能只要不太拉跨就行!
性能从来不是Qt优先追求的
2. QThread 常用 API
start()
: 这个操作就是真正调用系统 API 创建线程,新的线程创建出来之后自然就会自动执行 run
函数。
可以使用 wait
, 让一个线程等待另一个线程执行结束
3. 使用线程
实例:
之前基于定时器,写过倒计时这样的程序。
也可以通过线程,来完成类似的功能。定时器内部本质上也是可以基于多线程来实现的。(Qt 的定时器是否基于多线程,不太清楚)
创建另一个线程,新线程中,进行计时(搞一个循环,每循环一次,sleep 1s,sleep完成,就可以更新界面了)
由于存在线程安全问题,多个线程时对于界面的状态进行修改,此时就会导致界面就出错了。Qt选择了一刀切!针对界面控件状态进行任何修改,务必在主线程中执行。
// widget.h
#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include "thread.h"QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACEclass Widget : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();Thread thread;void handle();
private:Ui::Widget *ui;
};
#endif // WIDGET_H
// widget.cpp
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);// 连接信号槽,通过槽函数跟新界面connect(&thread, &Thread::notify, this, &Widget::handle);// 要启动一下线程thread.start();
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}void Widget::handle()
{// 此处修改界面内容int value = ui->lcdNumber->intValue();value--;ui->lcdNumber->display(value);
}
// thread.h
#ifndef THREAD_H
#define THREAD_H#include <QWidget>
#include <QThread>class Thread : public QThread
{Q_OBJECT
public:Thread();// 要用的目的是重写父类的方法 run 方法void run();signals:void notify(); // 只用声明不用定义
};#endif // THREAD_H
// thread.cpp
#include "thread.h"Thread::Thread()
{}void Thread::run()
{// 在这个 run 中。能否直接去进行修改界面内容呢?// 不可以!!!// 虽然不可以修改界面,但是可以针对时间来进行计时// 当每到一秒钟的时候,通过信号槽,来通知主线程,负责更新界面内容for (int i = 0; i < 10; ++i) {// sleep 本身是 QThead 的成员函数, 就可以直接调用sleep(1);// 发送一个信号,通知主线程emit notify();}
}
4. 多线的使用场景
之前学习多线程,主要还是站在服务器开发的角度来看待的。
当时谈到多线程,最主要的目的,是为了充分利用多核 CPU 的计算资源。双路 CPU(一个主板上有两个CPU)。
客户端,多线程仍然非常有意义,侧重点就不同了,对于普通用户来说,“使用体验”是一个非常重要的话题。
如果“非常快”的代价是“系统很卡”用户大概率是不会买账的,虽然普通用户的家用 PC 上也是多核CPU,客户端上的程序很少会使用多线程把 CPU 计算资源吃完。
相比之下,客户端的多线程,主要是用于,通过多线程的方式,执行一些耗时的操作,避免主线程被卡死,避免对用户造成一些不好的体验。
比方说,客户端经常会和服务器进行网络通信,比方说客户端要上传/下载一个很大的文件,传输需要好久(20分钟)(像这样就是算是密集的IO操作,比如代码中持续不断的进行 QFile.write)这种密集 IO 就会使程序被系统阻塞,挂起;一旦进程都被挂起了,此时意味着,用户进行各种操作,程序都无响应。(比如,启动吃鸡,启动过程中就需要从文件/网络 加载大量的资源,此时如果你狂点鼠标窗口,很可能这个窗口就僵住了)“WIndows 提示你这个窗口不能响应,是否要强制结束!”
因此,相比之下,更好的做法,使用单独的线程,来处理这种密集 IO 操作,要挂起也是挂起这个新的线程。主线程负责用户的各种操作,此时主线程仍然可以继续工作,继续响应用户的各种操作。
5. 线程安全问题
多线程程序太复杂了
5.1. 加锁
把多个线程访问的公共资源,通过锁保护起来。把并发执行变成串行执行。
Linux: mutex
互斥量。
C++11: 引入 std::mutex
Qt 同样也提供了对应的锁,来针对系统提供的锁进行封装。
QMutex
: lock 加锁, unlock 解锁。
void Thread::run()
{for (int i = 0; i < 50000; ++i) {++num;}
}
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"#include "thread.h"
#include <QDebug>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);// 创建两个线程对象Thread t1;Thread t2;t1.start();t2.start();// 加上线程的等待,让主线程等待这两线程执行结束t1.wait();t2.wait();// 打印结果qDebug() << Thread::num;
}MainWindow::~MainWindow()
{delete ui;
}
由于三个线程之间是并发执行的关系,当 t1 和 t2 运行起来之后,主线程仍然会继续往后执行,执行到打印的时候,大概率 t1、t2 还没执行呢,所以要加上wait
,进行阻塞等待!
最后打印出来的结果并不是我们预期中的100,000 !说明是存在bug,说明是存在线程安全问题!
// 创建锁对象
static QMutex mutex;
多个线程加锁的对象,得是同一个对象!不同对象,此时不会产生锁的互斥,也就无法把 并发执行 -> 串行执行,也就无法解决上述问题。
#include "thread.h"int Thread::num = 0;
QMutex Thread::mutex;Thread::Thread()
{}void Thread::run()
{for (int i = 0; i < 50000; ++i) {mutex.lock();++num;mutex.unlock();}
}
++num;
是一个两个线程访问的公共变量,之前如果并发执行,就可能第一个线程修改了一半,第二个线程也进行了修改,就容易出现问题。(++操作对应 三个cpu指令,在操作系统中详细介绍)
加了锁之后,第一个线程顺利拿到锁,继续执行++
,在第一个线程没有执行完的时候,第二个线程也尝试枷锁,就会阻塞等待。一直等待到第一个线程加锁,第二个线程才可能从阻塞中被唤醒。
for (int i = 0; i < 50000; ++i) {mutex.lock();++num;mutex.unlock();
}
像这里的锁,很容易忘记unlock
,实际开发中, 加锁之后,涉及到的逻辑可能很复杂,下面很容易就忘记释放锁。
比如下面,也算是没释放锁:
mutex.lock();
if (...) {return;
}
mutex.unlock();
或者,抛出异常,释放动态内存,也会存在类似的问题。
C++ 引入 智能指针,就是为了解决上述的问题。
C++11 引入了 std::lock_guard
, 相当于是 std::lock_guard
, 相当于是 std::mutex
智能指针, 借助 RAII 机制。
{std::lock_guard guard(mutex);// 执行各种逻辑...
} // 大括号执行完毕,guard 变量的声明周期结束,在析构的时候,执行unlock了。
上述方案,Qt 也参考过来了: QMutexLocker
#include "thread.h"
#include <QMutexLocker>int Thread::num = 0;
QMutex Thread::mutex;Thread::Thread()
{}void Thread::run()
{for (int i = 0; i < 50000; ++i) {QMutexLocker locker(&mutex);// mutex.lock();++num;// mutex.unlock();}
}
Qt 的锁 和 C++标准库中的锁,本质上都是封装的系统提供的锁,编写多线程代码的时候,可以使用 Qt 的锁,也可以使用 C++ 的锁。
C++ 的锁能锁Qt 的线程吗? 是可以的!(虽然混着用也行,但一般不建议)
5.2. QReadWriteLocker、QReadLocker、QWriteLocker
特点:
QReadWriteLock
是读写锁类,用于控制读和写的并发访问。
QReadLocker
用于读操作上锁,允许多个线程同时读取共享资源。
QWriteLocker
用于写操作上锁,只允许一个线程写入共享资源。
用途:在某些情况下,多个线程可以同时读取共享数据,但只有一个线程能够进行写操作。读写锁提供了更高效的并发访问方式。
QReadWriteLock rwLock;
//在读操作中使⽤读锁
{QReadLocker locker(&rwLock); //在作⽤域内⾃动上读锁//读取共享资源//...} //在作⽤域结束时⾃动解读锁
//在写操作中使⽤写锁
{QWriteLocker locker(&rwLock); //在作⽤域内⾃动上写锁//修改共享资源//...} //在作⽤域结束时⾃动解写锁
6. 条件变量 与 信号量
Qt 中的条件变量 与 信号量 和 Linux 中的条件变量、信号量一致。
6.1. 条件变量
多个线程,之间调度是无序的,为了能够一定程度干预线程之间的顺序引入条件变量。
在 Qt 中,专门提供了 QWaitCondition
类 来解决像上述这样的问题。
wait
:中就会先释放锁 + 等待
要想释放锁,前提就是先获取到锁。
QMutex mutex;
QWaitCondition condition;
//在等待线程中
mutex.lock();
//检查条件是否满⾜,若不满⾜则等待
while (!conditionFullfilled()) //
{condition.wait(&mutex); //等待条件满⾜并释放锁
}
//条件满⾜后继续执⾏
//...
mutex.unlock();
//在改变条件的线程中
mutex.lock();
//改变条件
changeCondition();
condition.wakeAll(); //唤醒等待的线程
mutex.unlock();
判定线程继续执行的条件是否成立,不成立就进行wait
等待。
这里要使用 while
判定而不是 if
,因为唤醒之后还需要确认一下当前条件是不是真的成立了。wait
可能被提前唤醒(可能被信号打断了)
6.2 信号量
有时在多线程编程中,需要确保多个线程可以相应的访问⼀个数量有限的相同资源。例如,运行程序的设备可能是非常有限的内存,因此我们更希望需要大量内存的线程将这⼀事实考虑在内,并根据可用的内存数量进行相关操作,多线程编程中类似问题通常用信号量来处理。信号量类似于增强的互斥锁,不仅能完成上锁和解锁操作,而且可以跟踪可用资源的数量。
特点:QSemaphore 是 Qt 框架提供的计数信号量类,用于控制同时访问共享资源的线程数量。
用途:限制并发线程数量,用于解决⼀些资源有限的问题。
QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源
//在需要访问共享资源的线程中
semaphore.acquire(); //尝试获取信号量,若已满则阻塞
//访问共享资源
//...
semaphore.release(); //释放信号量
//在另⼀个线程中进⾏类似操作
总结
本文详细介绍了Qt多线程的各个方面,从基础概念到实际应用,再到线程安全和同步机制的讨论。首先,我们概述了Qt多线程与Linux线程的关系,并比较了Qt、C++11和Linux原生API的优缺点。接着,我们深入探讨了QThread的常用API和如何使用线程来执行耗时操作,同时强调了Qt中界面更新必须在主线程中进行的原则。
在多线程的使用场景中,我们讨论了多线程在客户端开发中的重要性,尤其是在提升用户体验方面的作用。随后,文章重点讨论了线程安全问题,包括加锁机制、读写锁以及条件变量和信号量的使用,这些都是确保多线程程序正确运行的关键技术。
最后,通过实际代码示例,我们展示了如何在Qt中创建和管理线程,以及如何使用锁和其他同步机制来处理线程间的通信和数据共享。通过本文的学习,开发者应该能够更加自信地在Qt中实现多线程编程,编写出既高效又稳定的应用程序。
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“硅纪元AI应用推荐”栏目,为您精选最新、最实用的人工智能应用,无论您是AI发烧友还是新手,都能在这里找到提升生活和工作的利器。与我们一起探索AI的无限可能,开启智慧新时代! 在人工智能快速发展的今天,各…...
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使用TableGeneration生成已标注的表格数据用于表格识别
利用 TableGeneration 生成多样化表格数据 TableGeneration 简介环境准备chrome浏览器(Linux下推荐)火狐浏览器(Mac下推荐) 生成表格生成表格 参数说明结论 在数据生成和处理领域,表格数据的生成是一个常见需求,尤其是在机器学习和数据分析领域。今天&am…...
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赛目科技三度递表:净利率及资产回报率不断下滑,经营成本越来越高
《港湾商业观察》施子夫 5月29日,北京赛目科技股份有限公司(以下简称,赛目科技)第三次递表港交所,公司拟主板上市,独家保荐机构为光银国际。 公开信息显示,赛目科技此前曾于2022年12月&#x…...
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【QT】概述|对象树模型|两种控件模式|信号和槽|lambda
目录 什么是QT 特点 QT程序 main函数 QT按钮 纯代码模式 图形化模式 对象树模型 信号和槽 连接与断开 自动连接 断开连接 信号的发射 lambda表达式 基本语法 捕获列表 Lambda表达式用于信号与槽的连接 例如 什么是QT Qt是一个跨平台的C图形用户界面应用…...
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Java中的安全编码实践与防御技巧
Java中的安全编码实践与防御技巧 大家好,我是免费搭建查券返利机器人省钱赚佣金就用微赚淘客系统3.0的小编,也是冬天不穿秋裤,天冷也要风度的程序猿!今天我们将探讨Java中的安全编码实践与防御技巧,这对于开发人员来说…...
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linux 常用的命令、文件路径、其他工具或软件包
命令 sudo apt dist-upgrade 解决显示 暂不升级、未被升级dd if/dev/zero of./rootfs.img bs1G count6 制作一个 6G 的空白镜像。bs 是块字节数,count 是 bs 的个数。dd if./rootfs.img of/dev/sdc2 bs512 烧录 rootfs.img 镜像到 /dev/sdc2。bs 是 512 个字节&…...
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00 如何根据规律在变化中求发展?
你好,我是周大壮。目前,我已在搜索推荐等算法技术领域从事研发近 10 年,做过诸多流量分发领域的算法技术工作。 如今任 58 同城的算法架构师、技术委员会人工智能分会委员、58 本地服务事业群算法策略部负责人,我主要负责 58 集团…...
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UUID和自增ID做主键到底哪个好?
UUID(通用唯一识别码) 优点: 全局唯一性:由不同算法生成,确保全球范围内的唯一性,避免主键冲突。不可预测性:随机生成,难以被猜测,适合保密性应用。分布式应用࿱…...
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FW SystemUI Keyguard解析(二)
文章目录 CTS之Keyguard Menu事件处理 CTS之Keyguard Menu事件处理 事件触发点: NotificationShadeWindowViewController.dispatchKeyEvent 设置setInteractionEventHandler回调之后通过NotificationShadeWindowView 触发 调用到return mService.onMenuPressed(); public cla…...
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MySQL之备份与恢复(二)
备份与恢复 定义恢复需求 如果一切正常,那么永远也不需要考虑恢复。但是,一旦需要恢复,只有世界上最好的备份系统是没用的,还需要一个强大的恢复系统。 不幸的是,让备份系统平滑工作比构造良好的恢复过程和工具更容易…...
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MySQL:保护数据库
保护数据库 1. 用户1.1 创建用户1.2 查看用户1.3 删除用户1.4 修改密码 2. 权限2.1 授予权限2.2 查看权限2.3 撤销权限 之前都是介绍本地数据库而你自己就是数据库的唯一用户,所以不必考虑安全问题。但实际业务中数据库大多放在服务器里,你必须妥善处理好…...
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不是大厂云用不起,而是五洛云更有性价比
明月代维的一个客户的大厂云境外云服务器再有几天就到期了,续费提醒那是提前一周准时到来,但是看到客户发来的续费价格截图,我是真的没忍住。这不就是在杀熟吗?就这配置续费竟然如此昂贵?说实话这个客户的服务器代维是…...
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C++初学者指南-3.自定义类型(第一部分)-异常
C初学者指南-3.自定义类型(第一部分)-异常 文章目录 C初学者指南-3.自定义类型(第一部分)-异常简介什么是异常?第一个示例用途:报告违反规则的行为异常的替代方案标准库异常处理 问题和保证资源泄露使用 RAII 避免内存泄漏!析构函数:不要让异…...
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学会python——用python编写一个电子时钟(python实例十七)
目录 1.认识Python 2.环境与工具 2.1 python环境 2.2 Visual Studio Code编译 3.电子时钟程序 3.1 代码构思 3.2代码实例 3.3运行结果 4.总结 1.认识Python Python 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。 Python 的设计具有很强的可读性…...
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C语言调试技巧
叠甲:以下文章主要是依靠我的实际编码学习中总结出来的经验之谈,求逻辑自洽,不能百分百保证正确,有错误、未定义、不合适的内容请尽情指出! 文章目录 1.bug 是什么2.debug 是什么3.两种模式的区别4.IDE 调试介绍4.1.模…...
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Day05-03-Nexus仓库
Day05-03-Nexus仓库 05-nexus-仓库1. 概述2. 极速部署指南2.1 下载2.2 部署2.3 配置2.4 连接使用nexus2.4 编译与测试 3. 总结 05-nexus-仓库 1. 概述 背景: maven编译的时候,npm/cnpm编译,需要下载大量的依赖包。这些依赖包在每一次构建的时候都需要使…...
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TortoiseSVN 使用教程
TortoiseSVN 使用教程 1. 引言 TortoiseSVN 是一个开源的版本控制系统,它基于 Subversion(SVN)系统,为 Windows 操作系统提供了一套方便的图形用户界面。通过 TortoiseSVN,用户可以轻松地管理文件的版本,进行团队协作,以及跟踪文件的变更历史。本教程将详细介绍 Torto…...
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linux——小细节(Makefile)(gdb)
一、makefile a.out:main.c func.cgcc main.c func.cclean:rm a.out a.out:main.c func.cgcc $^ -o $clean:rm a.out SRCmain.c func.c OBJa.out CCgcc FLAG -g -lpthread $(OBJ):$(SRC)$(CC) $(SRC) $(FLAG)clean:rm $(OBJ) 二、gdb...
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Rust简明教程第一章-easy rust
观看B站软件工艺师杨旭的rust教程学习记录,有删减有补充 hello word 文件按名为main.rs,main是函数入口,rust默认推断为void main,!代表println是一个宏,函数没有! fn main(){println!("{}"," Hello world!&quo…...
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鸿蒙:1.入门
概述 简介 鸿蒙操作系统(HarmonyOS)是华为公司发布的一款智能终端系统,是基于微内核的面向全场景的分布式操作系统。它致力于提供更加安全、高效、低延迟、低功耗的操作体验,可通过技术手段对应用程序和设备进行智能协同…...
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充电更快!外观更帅!新款起亚EV6亮相!
谈起起亚EV6这一款车,相信国内的网友还是有些陌生,毕竟这是一款23年才在国内亮相的车型,但早在2021年,这一款车型就已经亮相了。在2024年5月,起亚推出了新款EV6。新车在各方面都有着大变化,一起来看看!新款EV6的升级部分主要体现在细节上,例如在前脸部分,新的大灯组造…...
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2024年沪台研讨会举行两岸专家共话低碳循环与智慧健康
东方网记者王泳婷6月20日报道:由上海市人民政府参事室和旺旺集团《旺报》共同主办的“低碳循环与智慧健康”2024年沪台研讨会于6月20日在上海举行。沪台两地150余位嘉宾出席研讨会。研讨会上,旺旺集团副董事长周锡玮从绿碳、蓝碳、土壤固碳等不同角度作“农业减碳”主旨演讲。…...
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15.99万起奇瑞风云T9开启预售,这是不得不知道的几点
奇瑞风云T9正式开启了预售,此次公布的是120km长续航版的预售价格,预售区间为15.99-19.99万元。那么新车有哪些亮点呢?一起来看下。紧凑型SUV价格给你7座布局奇瑞风云T9官方给它的定位是紧凑型SUV,但它的车身尺寸其实并不小,车身尺寸为4795/1930/1738mm,轴距为2770mm。这个…...
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新火科技控股01611公布中期业绩公司拥有人应占溢利9981.3万港元同
公布中期业绩 公司拥有人应占溢利9981.3万港元 同比扭亏为盈)智通财经APP讯,新火科技控股公布截至2024年3月31日止六个月的中期业绩,收益约6.56亿港元,同比减少72.6%;毛利3214.1万港元,2023年同期毛损1438.8万港元;公司拥有人应占溢利9981.3万港元,2023年同期应占亏损约2.…...
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css卡片翻转 父元素翻转子元素不翻转效果
css卡片翻转 父元素翻转子元素不翻转效果 vue <div class"moduleBox"><div class"headTitle"><span class"headName">大额案例</span></div><div class"moduleItem"><span class"module…...
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mysql中的内连接与外连接
在MySQL中,内连接和外连接是用于从多个表中检索数据的两种不同的连接方式。 内连接(INNER JOIN): 内连接返回两个表之间匹配的行。它只返回两个表中共同匹配的行,如果在一个表中没有匹配到对应的行,则不会显…...