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Qt的内存管理机制(一)
2018-11-20 22:08:44 】 浏览:46
Tags:内存 管理 机制

当我们在使用Qt时不可避免得需要接触到内存的分配和使用,即使是在使用Python,Golang这种带有自动垃圾回收器(GC)的语言时我们仍然需要对Qt的内存管理机制有所了解,以更加清楚的认识Qt对象的生命周期并在适当的时机加以控制或者避免进入陷阱。

这篇文章里我们将学习QObject & parent对象管理机制,以及QWidget与内存管理这两点Qt的基础知识。

QObject和内存管理

在Qt中,我们可以大致把对象分为两类,一类是QObject和它的派生类;另一类则是普通的C++类。

对于第二种对象,它的生命周期与管理和普通的C++类基本没有区别,而QObject和它的派生类则有以下的显著区别:

  • QObject和其派生类可以使用SIGNAL/SLOT机制
  • 它们一般会有一个parent父对象的指针,用于内存管理(后面重点说明)
  • 对于QWidget和其派生类来说,内存管理要稍微复杂一些,因为QWidget需要和eventloop高度配合才能工作(后面也会重点说明)

signal和slot一般来说并不会对内存管理产生影响,但是对close()槽的处理会对QWidget产生一些影响,所以我们放在后面讲解。

那么先来看一下QObject和parent机制。

QObject的parent

我们时常能看到QWidget或者其他的控件的构造函数中有一项参数parent,默认值都为NULL,例如:

QLineEdit(const QString &contents, QWidget *parent = nullptr);
QWidget(QWidget *parent = nullptr, Qt::WindowFlags f = ...);

这个parent的作用就在于使当前的对象实例加入parent指定的QObject及其派生类的children中,当一个QObject被delete或者调用了它的析构函数时,所有加入的children也会全部被析构。

如果parent设置为NULL,会有如下的情况:

  • 如果是构造时直接指定了NULL,那么当前实例不会有父对象存在,Qt也不能自动析构该实例除非实例超出作用域导致析构函数被调用,或者用户在恰当的实际使用delete操作符或者使用deleteLater方法;
  • 如果已经指定了非NULL的parent,这时将它设置成了NULL,那么当前实例会从父对象的children中删除,不再受到QObject & parent机制的影响;
  • 对于QWidgetparent为NULL时代表其为一个顶层窗口,也可以就是独立于其他widget在系统任务栏单独出现的widget,对于永远都是顶层窗口的widget,例如QDialog,当parent不为NULL时他会显示在父widget中心区域的上层;
  • 如果QWidgetparent为NULL或是其他值,在其加入布局管理器或者QMainWindow设置widget时,会自动将parent设置为相应的父widget,在父控件销毁时这些子控件以及布局管理器对象会一并销毁。

所以我们可以看出,QObject对象实际上拥有一颗类实例关系树,在树中保存了所有通过指定parent注册的子对象,而子对象里又保存有其子对象的关系树,所以当一个父对象被销毁时,所有依赖或间接依赖于它的对象都会被正确的释放,使用者无需手动管理这些资源的释放操作。

基于此原理,我们可以放心的让Qt管理资源,这里有几个建议:

  1. 对于QObject及其派生类,如果彼此之间存在一定联系,则应该尽量指定parent,对于QWidget应该指定parent或者加入布局管理器由管理器自动设置parent。
  2. 对象只需要在局部作用域存在时可以选择不进行内存分配,利用局部作用域变量的生命周期自动清理资源。
  3. 对于非QWidget的对象来说,如果不指定非NULLparent,则需要自己管理对象资源。QWidget比较特殊,我们在下一节讲解。
  4. 对于在局部作用域上创建的父对象及其子对象,要注意对象销毁的顺序,因为父对象销毁时也会销毁子对象,当子对象会在父对象之后被销毁时会引发double free。

QWidget和内存的释放

QWidget也是QObject的子类,所以在parent机制上是没有区别的,然而实际使用时我们更多的是使用“关闭”(close)而不是delete去删除控件,所以差异就出现了。

先提一下widget关闭的流程,首先用户触发close()槽,然后Qt向widget发送QCloseEvent,默认的QCloseEvent会做如下处理:

  1. 将widget隐藏,也就是hide()
  2. 如果有设置Qt::WA_DeleteOnClose,那么会接着调用widget的析构函数

我们可以看到,widget的关闭实际是将其隐藏,而没有释放内存,虽然我们有时会重写closeEvent但也不会手动释放widget。

看一个因为close机制导致的内存泄漏的例子,我们在button被单击后弹出某个自定义对话框:

button.ConnectClicked(func (_ bool) {
  dialog := NewMyDialog()
  dialog.Exec()
})

因为dialog在close时会被隐藏,而且没有设置DeleteOnClose,所以Qt不会去释放dialog,而用户也无法回收dialog的资源,也行你会说golang的GC不是能处理这种情况吗,然而遗憾的是GC并不能处理cgo分配的资源,所以如果你期望GC做善后的话恐怕要失望了,每次点击按钮后内存用量都会增加一点,没错,内存泄露了。

那么给dialog设置一个parent,像这样,会如何呢?

dialog.SetParent(self)

遗憾的是,并没有什么区别,因为这样只是把dialog加入父控件的children,并没有删除dialog,只有父对象被销毁时内存才会真正释放。

解决办法也有三个。

第一种是使用deleteLater,例如:

dialog.DeleteLater()

这会通知Qt的eventloop在下次进入主循环的时候析构dialog,这样一来确实解决了内存泄露,不过缺点是会有不可预测的延迟存在,有时候延迟是难以接受的。

第二种是手动删除widget,适用于parent为NULL的场合:
C++:

delete dialog;

golang:

dialog.DestroyMyDialog()

说明一下,DestroyType也是qtmoc生产的帮助函数,因为golang没有析构函数的概念,所以goqt使用生成的该帮助函数显示调用底层C++对象的析构函数。

第三种比较简单,对于单纯显示而不需要和父控件做交互的widget,直接设置DeleteOnClose即可,close时widget会被自动析构。

当然对于PyQt5来说并不会存在如上的问题,sip库能很好的与python的GC一起工作。唯一需要注意的是有时底层C++对象已经被释放,但是上层python对象依然存在,这时使用该对象将导致抛错。

总结

Qt提供了一套方便的机制帮助我们进行内存和资源管理,使我们从繁重的劳动中得到了部分的解放,但同时也要注意到那些很容易坑,这样
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