Qt -对象树

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前言

Qt 的对象树是什么？
我认为，是 Qt 基于C++的继承，
让所有继承自 QObject 类的对象，
能够以父子关系组织起来，
从而达到用父对象管理子对象生命周期，
的一种 设计模式。

具体来说，
在一个父对象释放时，
它会释放它的所有子对象，
这样就能做到 自动化的内存管理。

我们创建对象时把它挂到树上，
就不用每次都手动调用 delete 。

下面，我们还是来看看源码吧，
分别从构造和析构两个方面，
简单理解 Qt 对象树的底层逻辑。

构造

QObject::QObject

首先是 QObject 的 public 构造
只有这一个：

QObject::QObject(QObject *parent): QObject(*new QObjectPrivate, parent)
{
}

作用很简单，
调用了另一个构造：

/*!\internal*/
QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent): d_ptr(&dd)
{

这个跟 QObject 的设计有关，
Qt 把 QObject 所有的成员变量放进了 QObjectPrivate，
而 QObject 中只保留了一个 QScopedPointer<QObjectData> 。

这也是一种设计模式，不过这不是今天的重点，而且设计模式我还没学多少。
所以直接贴出ai的回答：

这是一种称为"桥接模式"(Bridge Pattern)的设计模式，也常被称为"Pimpl惯用法"(Pointer to Implementation Idiom)或"不透明指针"(Opaque Pointer)。
在Qt的实现中，QObject类使用了这种模式，将其实现细节隐藏在QObjectPrivate类中，而QObject自身只保留了一个指向这些实现细节的指针(QScopedPointer)。
这种设计模式的主要优点包括：

1. 封装实现细节：用户代码只需要与QObject的公共接口交互，而不需要了解其内部实现。
2. 二进制兼容性：可以在不破坏二进制兼容性的情况下修改私有实现，因为公共类的内存布局不会改变。
3. 减少编译依赖：使用QObject的代码不需要包含QObjectPrivate的完整定义，从而减少了编译依赖，加快了编译速度。
4. 降低耦合度：将接口与实现分离，使系统更加灵活。
   在Qt框架中，这种模式被广泛使用，不仅仅是在QObject中，还在许多其他类中也采用了这种设计方式。

关于这个构造函数的实现，
我保留了关键的几句(我认为的)：

QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent): d_ptr(&dd)
{Q_ASSERT_X(this != parent, Q_FUNC_INFO, "Cannot parent a QObject to itself");if (parent) {setParent(parent);}
}

首先断言自己的父对象不能是自己，
然后调用 setParent 函数。

setParent 函数简单做了两句检查，
接着调用 QObjectPrivate::setParent_helper。

QObjectPrivate::setParent_helper

这是对象树中的核心实现了：

void QObjectPrivate::setParent_helper(QObject *o)
{if (o == parent) // 避免重复设置return;if (parent) {QObjectPrivate *parentD = parent->d_func();// 处理各种特殊情况...// 从原父对象的children列表中移除:parentD->children.removeAt(index);// 发送子对象移除事件...}// 下面开始重新设定父对象parent = o;if (parent) {// object hierarchies are constrained to a single thread// ---翻译: 对象层次结构被约束到单个线程if (threadData.loadRelaxed() != parent->d_func()->threadData.loadRelaxed()) {qWarning("QObject::setParent: Cannot set parent, new parent is in a different thread");parent = nullptr;return;}// 添加到新父对象的children列表:parent->d_func()->children.append(q);// 发送子对象添加事件...}
}

从这里我们可以看见，

1. 同一对象树的所有对象都必须在同一线程中，
   比如下面这种写法就是错误的：
   
   创建 ThreadTest 对象并 start，
   Qt 会报错(但不会终止程序)：
   
   下面这种写法也是错的：
   
   Qt 会报错(但不会终止程序)：
   

2. Qt 在每一步都对空指针进行了检查，
   因此，如果你想解除父子对象的关系，
   可以放心的 setParent(nullptr)。

3. 对于每个继承自 QObject 的对象，
   都会存在一个 QList<QObject*>children 用于存储子对象。
   (当然，严格讲，这个链表是 QObjectData 里的)。

析构

下面是 ~QObject 的核心(我认为的)：

QObject::~QObject()
{d->wasDeleted = true;// 绑定数据清理:if (!d->bindingStorage.isValid()) {// 处理线程移动后的未完成绑定...}d->clearBindingStorage();// 处理智能指针(Qt的)引用计数...// 发送销毁信号:if (!d->wasWidget && d->isSignalConnected(0)) {emit destroyed(this);}// 处理信号和槽连接:QObjectPrivate::ConnectionData *cd = d->connections.loadAcquire();if (cd) {if (cd->currentSender) {// 处理当前发送者的连接...}// disconnect all receiversfor (int signal = -1; signal < receiverCount; ++signal) {// 处理接收者的连接...}// Disconnect all senders:while (QObjectPrivate::Connection *node = cd->senders) {// 处理发送者的连接...}}// 删除子对象:if (!d->children.isEmpty())d->deleteChildren();// 从父对象中移除:if (d->parent)d->setParent_helper(nullptr);
}

可以看见，
如果我们手动 delete，
由于最后一句的 setParent_helper(nullptr)，
对象也会从对象树上移除，
而不会被父对象重复 delete。

deleteChildren 就只是很单纯的遍历然后 delete：

void QObjectPrivate::deleteChildren()
{Q_ASSERT_X(!isDeletingChildren, "QObjectPrivate::deleteChildren()", "isDeletingChildren already set, did this function recurse?");isDeletingChildren = true;// delete children objects// don't use qDeleteAll as the destructor of the child might// delete siblingsfor (int i = 0; i < children.size(); ++i) {currentChildBeingDeleted = children.at(i);children[i] = nullptr;delete currentChildBeingDeleted;}children.clear();currentChildBeingDeleted = nullptr;isDeletingChildren = false;
}

提醒

虽然 Qt 做了非常多的检查，
但我们还是最好不要乱搞。

比如这种循环引用代码：

QObject a, b;
a.setParent(&b);
b.setParent(&a);

再比如这种不分主次的手动delete：

QObject* obj_a = new QObject(this);
QObject* obj_b = new QObject(obj_a);
delete obj_a;
delete obj_b;

再比如没搞清生命周期情况下的，
智能指针和对象树的混用：

QObject* obj_a = new QObject(this);
std::shared_ptr<QObject> obj_b(new QObject(obj_a));
delete obj_a;

注：
并不是说不能手动 delete，或者不能智能指针和对象树混用，
而是你在用的时候，要能搞清楚你在干什么。

反正我是不会用的，就让对象树帮我自动销毁多好。

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希望本篇文章对你有所帮助！并激发你进一步探索编程的兴趣！
本人仅是个C语言初学者，如果你有任何疑问或建议，欢迎随时留言讨论！让我们一起学习，共同进步！