C++/Qt 内存管理机制
2016-05-13 16:03
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本文关注于 Qt 的内存管理,这里会使用 Qt 的机制,来实现一个简单的垃圾回收器。
C++ 内存管理机制
C++ 要求开发者自己管理内存。有三种策略:
让创建的对象自己 delete 自己的子对象(这里所说的子对象,是指对象的属性,而不是子类,以下类似);
让最后一个对象处理 delete;
不管内存。
最后一种通常成为“内存泄漏”,被认为是一种 bug。所以,我们现在就是要选出前面两种哪一种更合适一些。有时候,delete 创建的对象要比 delete 它的所有子对象简单得多;有时候,找出最后一个对象也是相当困难的。
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,删除父对象会将其子对象一起删除。这有助于减少 90% 的内存问题,形成一种类似垃圾回收的机制。
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 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
注意上面的代码。一个原始指针 delete 之后,其值不会被设置为 NULL,因此会成为野指针。但是,QPionter 没有这个问题。
QObjectCleanupHandler
Qt 对象清理器是实现自动垃圾回收的很重要的一部分。它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。
// 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
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);
connect(w, SIGNAL(clicked()), cleaner, SLOT(deleteLater()));
w->show();
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。
Qt 垃圾收集
随着对象变得越来越复杂,很多地方都要使用这个对象的时候,什么时候作 delete 操作很难决定。好在 Qt 对所有继承自 QObject 的类都有很好的垃圾收集机制。垃圾收集有很多种实现方法,最简单的是引用计数,还有一种是保存所有对象。下面我们将详细讲解这两种实现方法。
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:
CountedObject()
{
ctr=0;
}
void attach() { ctr++; } void detach() { ctr--; if(ctr <= 0) delete this; }
private:
int ctr;
};
每一个子对象在创建之后都应该调用 attach() 函数,使计数器加 1,删除的时候则应该调用 detach() 更新计数器。不过,这个类很原始,没有使用 Qt 方便的机制。下面我们给出一个 Qt 版本的实现:
class CountedObject : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
CountedObject()
{
ctr=0;
}
void attach(QObject *obj) { ctr++; connect(obj, SIGNAL(destroyed(QObject*)), SLOT(detach())); }
public slots:
void detach()
{
ctr–;
if(ctr <= 0)
delete this;
}
private:
int ctr;
};
我们利用 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()。
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*)), 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)。
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