Qt浅谈之一：内存泄露（总结）

本文转载自乌托邦2号的Qt浅谈之一：内存泄露（总结）

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。

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（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。

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三、详解

3.1 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）。


3.2 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：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[])
{
    QApplication a(argc, argv);
 
    int ret = 0;
    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：

img


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


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));
}

3.3 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。


四、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();
}

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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()。


（2）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）。


五、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。


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原文地址：https://www.cnblogs.com/linuxAndMcu/p/13470908.html