Qt从0到1之机制篇 - 对象树

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本节示例代码

C/C++一直为人诟病的一点就是内存管理，C/C++提供了直接的内存操作接口给用户，这虽然效率上的优势，但也带来了内存泄漏等问题。虽然C++中引入了智能指针，但这对于管理一个GUI程序来说，一个控件中可能包含多个子控件，子控件也可能包含多个子控件，控件上可能还包含一些不可见对象，当一个控件被删除后，附在其上的子控件和不可见对象也需要一并删除，智能指针也难以实现这样的效果。因此Qt引入了对象树系统。

认识对象树

对象树指的是Qt中树状的管理对象的所有权的一套机制，主要是为了解决对象的生命周期管理问题。其有以下特点：

  • 在对象树中，每个节点都是一个QObject或其子类对象。
  • 父节点拥有子节点的所有权，即父节点被删除时，子节点也会被删除。
  • 子节点会继承父节点的部分效果。如父节点隐藏时，子节点也回被隐藏；为父节点设置的QSS效果也会影响到子节点。
  • 对于类型为QWidget或QWidget之类的子节点，其布局坐标系是相对于父节点的。即子控件的坐标系是相对于父控件的。

创建对象树

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QObject(QObject *parent = Q_NULLPTR)

这是QObject的构造函数，我们可以看到有一个参数parent，这个参数就是用于指定该对象的父节点。所有继承于QObject的类，其构造函数中都存在这个参数。特别的，对于QWidget及其子类等可见控件，parent参数的类型为QWidget。
parent参数有一个默认参数Q_NULLPTR，这是一个Qt定义的宏，在nullptr引入C++11之前Qt就提供了这个宏用于表示空指针。若一个节点的父节点为空，则其为根节点。对于类型为QWidget及其子类的节点，若其为一个根节点，则其以桌面为坐标系进行布局。

理解对象树

对象树的实现依赖QObject。QObject内部保存了其子节点的一个列表，我们可以通过const QObjectList &QObject::children() const方法获取其保存的子节点列表。同时，QObject也保存了其父节点的指针。当一个节点被删除时，其会遍历子节点列表，将子节点也一并删除，从而实现一个树状的链式删除。除了删除子节点，为了避免其父节点在删除时又重复析构自己，一个节点删除时还会将自己从其父节点的子节点列表中移除。我们看一个例子。

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#include <QApplication>
#include <QTimer>
#include <QWidget>

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

    QTimer timer;
    QWidget w;
    timer.setParent(&w);

    w.show();

    return a.exec();
}

执行这个程序，退出时输出窗口会打印以下崩溃信息

double free or corruption (out)
程序异常结束。

这是因为在main函数中，我们定义了timer和w两个局部变量，在C++中，局部变量的析构顺序是先创建后析构，因此在main函数执行结束时，也就是我们关闭窗口时，程序会先析构w，由于我们将timer的父对象设为了w，也就是将timer加入了w的子节点列表，在析构w的时候，Qt会将所有子节点，这里就是timer析构，所以在w析构完成后timer已经被析构了。由于timer本身也是一个局部变量，因此在析构完w之后，程序又去析构已经被析构的timer，所以导致重复释放，程序也就崩溃了。

这个例子反映了Qt的对象树也是存在一定问题的，为了避免这类问题，我们一般会将Qt的所有子节点都在堆上创建，而将根节点在栈上创建，这样就可以保证程序退出时可以正常析构我们的创建的对象，而且不会发生重复析构的问题。

上面这个例子如果我们将QTimer timer;和QWidget w;两句位置互换就没有问题，这是因为timer将会先析构，在析构时其会将自己从父节点，也就是w中保存的子节点列表中移除。这样在析构w时，w的析构函数就不会再去析构timer。

运用对象树

  1. 对象树为我们提供了一个遍历整个程序中的QObject极其子类对象的途径。我们可以利用QObject::dumpObjectTree()和QObject::dumpObjectInfo()来展示一棵对象树的节点信息。
  2. QObject还提供了对QOject::findChildren方法，我们可以通过这个方法寻找对象树上到符合某些条件，如指定类型，特定对象名称(objectName)的所有节点，然后对这些节点做一些统一处理。

参考