Qt浅谈之一：内存泄露（总结）

Posted 2023-01-12 乌托邦2号

一、简介

       Qt内存管理机制：Qt 在内部能够维护对象的层次结构。对于可视元素，这种层次结构就是子组件与父组件的关系；对于非可视元素，则是一个对象与另一个对象的从属关系。在 Qt 中，在 Qt 中，删除父对象会将其子对象一起删除。

       C++中delete 和 new 必须配对使用(一 一对应)：delete少了，则内存泄露，多了麻烦更大。Qt中使用了new却很少delete，因为QObject的类及其继承的类，设置了parent（也可在构造时使用setParent函数或parent的addChild）故parent被delete时，这个parent的相关所有child都会自动delete，不用用户手动处理。但parent是不区分它的child是new出来的还是在栈上分配的。这体现delete的强大，可以释放掉任何的对象，而delete栈上对象就会导致内存出错，这需要了解Qt的半自动的内存管理。另一个问题：child不知道它自己是否被delete掉了，故可能会出现野指针。那就要了解Qt的智能指针QPointer。

二、关联图

（1）Linux内存图，主要了解堆栈上分配内存的不同方式。

（2）在Qt中，最基础和核心的类是：QObject，QObject内部有一个list，会保存children，还有一个指针保存parent，当自己析构时，会自己从parent列表中删除并且析构所有的children。

三、详解

1、Qt的半自动化的内存管理

（1）QObject及其派生类的对象，如果其parent非0，那么其parent析构时会析构该对象。

（2）QWidget及其派生类的对象，可以设置 Qt::WA_DeleteOnClose 标志位(当close时会析构该对象)。

（3）QAbstractAnimation派生类的对象，可以设置 QAbstractAnimation::DeleteWhenStopped。

（4）QRunnable::setAutoDelete()、MediaSource::setAutoDelete()。

（5）父子关系：父对象、子对象、父子关系。这是Qt中所特有的，与类的继承关系无关，传递参数是与parent有关（基类、派生类，或父类、子类，这是对于派生体系来说的，与parent无关）。

2、内存问题例子

• 例子一

#include <QApplication>
#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[])

    QApplication a(argc, argv);
    QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");
    label->show();
    return a.exec();

分析：（1）label 既没有指定parent，也没有对其调用delete，所以会造成内存泄漏。书中的这种小例子也会出现指针内存的问题。
改进方式：（1）分配对象到栈上而不是堆上

#include <QApplication>
#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[])

    QApplication a(argc, argv);
    QLabel label("Hello Qt!");
    label.show();
    return a.exec();

（2）设置标志位，close()后会delete label。

label->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);

（3）new后手动delete

#include <QApplication>
#include <QLabel>

int main(int argc, char *argv[])

    int ret = 0;
    QApplication a(argc, argv);
    QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");
    label->show();
    ret = a.exec();
    delete label;
    return ret;

• 例子二

#include <QApplication>
#include <QLabel>
int main(int argc, char *argv[])

    QApplication app(argc, argv);
    QLabel label("Hello Qt!");
    label.show();
    label.setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);
    return app.exec();

运行：

分析：程序崩溃，因为label被close时，delete &label;但label对象是在栈上分配的内存空间，delete栈上的地址会出错。

有些朋友理解为label被delete两次而错误，可以测试QLabel label("Hello Qt!"); label.show();delete &label;第一次delete就会出错。

• 例子三

#include <QApplication>
#include <QLabel>
int main(int argc, char* argv[])

   QApplication app(argc, argv);
   QLabel label("Hello Qt!");
   QWidget w;
   label.setParent(&w);
   w.show();
   return app.exec();

分析：Object内部有一个list，会保存children，还有一个指针保存parent，当自己析构时，会自己从parent列表中删除并且析构所有的children。

w比label先被析构，当w被析构时，会删除chilren列表中的对象label，但label是分配到栈上的，因delete栈上的对象而出错。

改进方式：（1）调整一下顺序，确保label先于其parent被析构，label析构时将自己从父对象的列表中移除自己，w析构时，children列表中就不会有分配在stack中的对象了。

#include <QApplication>
#include <QLabel>
int main(int argc, char* argv[])

   QApplication app(argc, argv);
   QWidget w;
   QLabel label("Hello Qt!");
   label.setParent(&w);
   w.show();
   return app.exec();

（2）将label分配到堆上

QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");
label->setParent(&w)

或者QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!",this);

• 例子四：野指针

#include <QApplication>
#include <QLabel>
int main(int argc, char* argv[])

   QApplication app(argc, argv);
   QWidget *w = new QWidget;
   QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");
   label->setParent(w);
   w->show();
   delete w;
   label->setText("go");     //野指针
   return app.exec();

（上述程序不显示Label，仅作测试）

分析：程序异常结束，delete w时会delete label，label成为野指针，调用label->setText("go");出错。

改进方式：QPointer智能指针

#include <QApplication>
#include <QLabel>
#include <QPointer>
int main(int argc, char* argv[])

   QApplication app(argc, argv);
   QWidget *w = new QWidget;
   QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");
   label->setParent(w);
   QPointer<QLabel> p = label;
   w->show();
   delete w;
   if (!p.isNull()) 
     label->setText("go");
   
   return app.exec();

• 例子五：deleteLater
  

      当一个QObject正在接受事件队列时如果中途被你销毁掉了，就是出现问题了，所以QT中建大家不要直接Delete掉一个QObject，如果一定要这样做，要使用QObject的deleteLater()函数，它会让所有事件都发送完一切处理好后马上清除这片内存，而且就算调用多次的deletelater也不会有问题。

发送一个删除事件到事件系统：

void QObject::deleteLater()

    QCoreApplication::postEvent(this, new QEvent(QEvent::DeferredDelete));

3、智能指针

        如果没有智能指针，程序员必须保证new对象能在正确的时机delete，四处编写异常捕获代码以释放资源，而智能指针则可以在退出作用域时(不管是正常流程离开或是因异常离开)总调用delete来析构在堆上动态分配的对象。

Qt家族的智能指针：

智能指针		引入
QPointer	Qt Object 模型的特性(之一) 注意：析构时不会delete它管理的资源
QSharedPointer	带引用计数	Qt4.5
QWeakPointer		Qt4.5
QScopedPointer		Qt4.6
QScopedArrayPointer	QScopedPointer的派生类	Qt4.6
QSharedDataPointer	用来实现Qt的隐式共享(Implicit Sharing)	Qt4.0
QExplicitlySharedDataPointer	显式共享	Qt4.4
std::auto_ptr
std::shared_ptr	std::tr1::shared_ptr	C++0x
std::weak_ptr	std::tr1::weak_ptr	C++0x
std::unique_ptr	boost::scoped_ptr	C++0x

（1）QPointer

      QPointer是一个模板类。它很类似一个普通的指针，不同之处在于，QPointer 可以监视动态分配空间的对象，并且在对象被 delete 的时候及时更新。

     QPointer的现实原理：在QPointer保存了一个QObject的指针，并把这个指针的指针（双指针）交给全局变量管理，而QObject 在销毁时（析构函数，QWidget是通过自己的析构函数的，而不是依赖QObject的）会调用QObjectPrivate::clearGuards 函数来把全局 GuardHash 的那个双指针置为*零，因为是双指针的问题，所以QPointer中指针当然也为零了。用isNull 判断就为空了。

    // QPointer 表现类似普通指针 
    QDate *mydate = new QDate(QDate::currentDate()); 
    QPointer mypointer = mydata; 
    mydate->year();    // -> 2005 
    mypointer->year(); // -> 2005 
      
    // 当对象 delete 之后，QPointer 会有不同的表现 
    delete mydate; 
      
    if(mydate == NULL) 
        printf("clean pointer"); 
    else 
        printf("dangling pointer"); 
    // 输出 dangling pointer 
      
    if(mypointer.isNull()) 
        printf("clean pointer"); 
    else 
        printf("dangling pointer"); 
    // 输出 clean pointer

（2）std::auto_ptr

    // QPointer 表现类似普通指针 
    QDate *mydate = new QDate(QDate::currentDate()); 
    QPointer mypointer = mydata; 
    mydate->year();    // -> 2005 
    mypointer->year(); // -> 2005 
      
    // 当对象 delete 之后，QPointer 会有不同的表现 
    delete mydate; 
      
    if(mydate == NULL) 
        printf("clean pointer"); 
    else 
        printf("dangling pointer"); 
    // 输出 dangling pointer 
      
    if(mypointer.isNull()) 
        printf("clean pointer"); 
    else 
        printf("dangling pointer"); 
    // 输出 clean pointe

auto_ptr被销毁时会自动删除它指向的对象。

std::auto_ptr<QLabel> label(new QLabel("Hello Dbzhang800!"));

（3）其他的类参考相应文档。

4、自动垃圾回收机制

（1）QObjectCleanupHandler

      Qt 对象清理器是实现自动垃圾回收的很重要的一部分。QObjectCleanupHandler可以注册很多子对象，并在自己删除的时候自动删除所有子对象。同时，它也可以识别出是否有子对象被删 除，从而将其从它的子对象列表中删除。这个类可以用于不在同一层次中的类的清理操作，例如，当按钮按下时需要关闭很多窗口，由于窗口的 parent 属性不可能设置为别的窗口的 button，此时使用这个类就会相当方便。

#include <QApplication>
#include <QObjectCleanupHandler>
#include <QPushButton>

int main(int argc, char* argv[])

   QApplication app(argc, argv);
   // 创建实例
   QObjectCleanupHandler *cleaner = new QObjectCleanupHandler;
   // 创建窗口
   QPushButton *w = new QPushButton("Remove Me");
   w->show();
   // 注册第一个按钮
   cleaner->add(w);
   // 如果第一个按钮点击之后，删除自身
   QObject::connect(w, SIGNAL(clicked()), w, SLOT(deleteLater()));
   // 创建第二个按钮，注意，这个按钮没有任何动作
   w = new QPushButton("Nothing");
   cleaner->add(w);
   w->show();
   // 创建第三个按钮，删除所有
   w = new QPushButton("Remove All");
   cleaner->add(w);
   QObject::connect(w, SIGNAL(clicked()), cleaner, SLOT(deleteLater()));
   w->show();
   return app.exec();

       

      在上面的代码中，创建了三个仅有一个按钮的窗口。第一个按钮点击后，会删除掉自己（通过 deleteLater() 槽），此时，cleaner 会自动将其从自己的列表中清除。第三个按钮点击后会删除 cleaner，这样做会同时删除掉所有未关闭的窗口。

（2）引用计数
  应用计数是最简单的垃圾回收实现：每创建一个对象，计数器加 1，每删除一个则减 1。

class CountedObject : public QObject 
 
    Q_OBJECT 
public: 
    CountedObject() 
     
        ctr=0; 
     
  
    void attach(QObject *obj) 
     
        ctr++; 
        connect(obj, SIGNAL(destroyed(QObject*)), this, SLOT(detach())); 
     
  
public slots: 
    void detach() 
     
        ctr--; 
        if(ctr <= 0) 
            delete this; 
     
  
private: 
    int ctr; 
;

      利用Qt的信号槽机制，在对象销毁的时候自动减少计数器的值。但是，我们的实现并不能防止对象创建的时候调用了两次attach()。

（3）记录所有者

     更合适的实现是，不仅仅记住有几个对象持有引用，而且要记住是哪些对象。例如：

 class CountedObject : public QObject 
  
    public: 
       CountedObject()  
      
       void attach(QObject *obj)  
         // 检查所有者 
         if(obj == 0) 
           return; 
         // 检查是否已经添加过 
         if(owners.contains(obj)) 
           return; 
         // 注册 
         owners.append(obj); 
         connect(obj, SIGNAL(destroyed(QObject*)), this, SLOT(detach(QObject*))); 
         
    public slots: 
       void detach(QObject *obj)  
         // 删除 
         owners.removeAll(obj); 
         // 如果最后一个对象也被 delete，删除自身 
         if(owners.size() == 0) 
            delete this; 
           
    private: 
        QList owners; 
;

        现在我们的实现已经可以做到防止一个对象多次调用 attach() 和 detach() 了。然而，还有一个问题是，我们不能保证对象一定会调用 attach() 函数进行注册。毕竟，这不是 C++ 内置机制。有一个解决方案是，重定义 new 运算符（这一实现同样很复杂，不过可以避免出现有对象不调用 attach() 注册的情况）。

四、总结

      Qt 简化了我们对内存的管理，但是，由于它会在不太注意的地方调用 delete，所以，使用时还是要当心。

五、参考

• http://doc.qt.nokia.com/4.7/qobject.html

• http://www.cuteqt.com/blog/?p=824

• http://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6300025
• http://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6403285
• http://devbean.blog.51cto.com/448512/526734/