Qt 学习之路 2(10):对象模型

标准 C++ 对象模型在运行时效率方面卓有成效,但是在某些特定问题域下的静态特性就显得捉襟见肘。GUI 界面需要同时具有运行时的效率以及更高级别的灵活性。为了解决这一问题,Qt “扩展”了标准 C++。所谓“扩展”,实际是在使用标准 C++ 编译器编译 Qt 源程序之前,Qt 先使用一个叫做 moc(Meta Object Compiler,元对象编译器)的工具,先对 Qt 源代码进行一次预处理(注意,这个预处理与标准 C++ 的预处理有所不同。Qt 的 moc 预处理发生在标准 C++ 预处理器工作之前,并且 Qt 的 moc 预处理不是递归的。),生成标准 C++ 源代码,然后再使用标准 C++ 编译器进行编译。如果你曾经为信号函数这样的语法感到奇怪(现在我们已经编译过一些 Qt 程序,你应当注意到了,信号函数是不需要编写实现代码的,那怎么可以通过标准 C++ 的编译呢?),这其实就是 moc 进行了处理之后的效果。

Qt 使用 moc,为标准 C++ 增加了一些特性:

  • 信号槽机制,用于解决对象之间的通讯,这个我们已经了解过了,可以认为是 Qt 最明显的特性之一;
  • 可查询,并且可设计的对象属性;
  • 强大的事件机制以及事件过滤器;
  • 基于上下文的字符串翻译机制(国际化),也就是 tr() 函数,我们简单地介绍过;
  • 复杂的定时器实现,用于在事件驱动的 GUI 中嵌入能够精确控制的任务集成;
  • 层次化的可查询的对象树,提供一种自然的方式管理对象关系。
  • 智能指针(QPointer),在对象析构之后自动设为 0,防止野指针;
  • 能够跨越库边界的动态转换机制。

通过继承QObject类,我们可以很方便地获得这些特性。当然,这些特性都是由 moc 帮助我们实现的。moc 其实实现的是一个叫做元对象系统(meta-object system)的机制。正如上面所说,这是一个标准 C++ 的扩展,使得标准 C++ 更适合于进行 GUI 编程。虽然利用模板可以达到类似的效果,但是 Qt 没有选择使用模板。按照 Qt 官方的说法,模板虽然是内置语言特性,但是其语法实在是复杂,并且由于 GUI 是动态的,利用静态的模板机制有时候很难处理。而自己使用 moc 生成代码更为灵活,虽然效率有些降低(一个信号槽的调用大约相当于四个模板函数调用),不过在现代计算机上,这点性能损耗实在是可以忽略。

在本节中,我们将主要介绍 Qt 的对象树。还记得我们前面在MainWindow的例子中看到了 parent 指针吗?现在我们就来解释这个 parent 到底是干什么的。

QObject是以对象树的形式组织起来的。当你创建一个QObject对象时,会看到QObject的构造函数接收一个QObject指针作为参数,这个参数就是 parent,也就是父对象指针。这相当于,在创建QObject对象时,可以提供一个其父对象,我们创建的这个QObject对象会自动添加到其父对象的children()列表。当父对象析构的时候,这个列表中的所有对象也会被析构。(注意,这里的父对象并不是继承意义上的父类!)这种机制在 GUI 程序设计中相当有用。例如,一个按钮有一个QShortcut(快捷键)对象作为其子对象。当我们删除按钮的时候,这个快捷键理应被删除。这是合理的。

QWidget是能够在屏幕上显示的一切组件的父类。QWidget继承自QObject,因此也继承了这种对象树关系。一个孩子自动地成为父组件的一个子组件。因此,它会显示在父组件的坐标系统中,被父组件的边界剪裁。例如,当用户关闭一个对话框的时候,应用程序将其删除,那么,我们希望属于这个对话框的按钮、图标等应该一起被删除。事实就是如此,因为这些都是对话框的子组件。

当然,我们也可以自己删除子对象,它们会自动从其父对象列表中删除。比如,当我们删除了一个工具栏时,其所在的主窗口会自动将该工具栏从其子对象列表中删除,并且自动调整屏幕显示。

我们可以使用QObject::dumpObjectTree()QObject::dumpObjectInfo()这两个函数进行这方面的调试。

Qt 引入对象树的概念,在一定程度上解决了内存问题。

当一个QObject对象在堆上创建的时候,Qt 会同时为其创建一个对象树。不过,对象树中对象的顺序是没有定义的。这意味着,销毁这些对象的顺序也是未定义的。Qt 保证的是,任何对象树中的 QObject对象 delete 的时候,如果这个对象有 parent,则自动将其从 parent 的children()列表中删除;如果有孩子,则自动 delete 每一个孩子。Qt 保证没有QObject会被 delete 两次,这是由析构顺序决定的。

如果QObject在栈上创建,Qt 保持同样的行为。正常情况下,这也不会发生什么问题。来看下下面的代码片段:

{
    QWidget window;
    QPushButton quit("Quit", &window);
}

作为父组件的 window 和作为子组件的 quit 都是QObject的子类(事实上,它们都是QWidget的子类,而QWidgetQObject的子类)。这段代码是正确的,quit 的析构函数不会被调用两次,因为标准 C++ (ISO/IEC 14882:2003)要求,局部对象的析构顺序应该按照其创建顺序的相反过程。因此,这段代码在超出作用域时,会先调用 quit 的析构函数,将其从父对象 window 的子对象列表中删除,然后才会再调用 window 的析构函数。

但是,如果我们使用下面的代码:

{
    QPushButton quit("Quit");
    QWidget window;

    quit.setParent(&window);
}

情况又有所不同,析构顺序就有了问题。我们看到,在上面的代码中,作为父对象的 window 会首先被析构,因为它是最后一个创建的对象。在析构过程中,它会调用子对象列表中每一个对象的析构函数,也就是说, quit 此时就被析构了。然后,代码继续执行,在 window 析构之后,quit 也会被析构,因为 quit 也是一个局部变量,在超出作用域的时候当然也需要析构。但是,这时候已经是第二次调用 quit 的析构函数了,C++ 不允许调用两次析构函数,因此,程序崩溃了。

由此我们看到,Qt 的对象树机制虽然帮助我们在一定程度上解决了内存问题,但是也引入了一些值得注意的事情。这些细节在今后的开发过程中很可能时不时跳出来烦扰一下,所以,我们最好从开始就养成良好习惯,在 Qt 中,尽量在构造的时候就指定 parent 对象,并且大胆在堆上创建。

45 Comments

  1. lbn23 2012年11月4日
    • DevBean 2012年11月5日
  2. esdf 2012年11月14日
  3. 斯啦丝拉 2013年1月9日
    • 豆子 2013年1月9日
      • xie 2015年5月15日
        • 豆子 2015年6月3日
  4. smile 2013年1月10日
    • 豆子 2013年1月10日
  5. 路过 2013年3月27日
    • 豆子 2013年3月27日
      • 路过 2013年3月27日
        • 豆子 2013年3月28日
      • 大风 2015年10月17日
  6. hailong 2013年5月9日
  7. 梓涵 2013年6月11日
    • 豆子 2013年6月14日
  8. 梓涵 2013年6月11日
  9. 爱在梦幻谷 2013年7月25日
    • 豆子 2013年7月26日
  10. DKWings 2013年7月25日
    • 豆子 2013年7月26日
  11. sz 2013年7月28日
    • 豆子 2013年7月31日
  12. Ninja 2014年1月10日
    • Ninja 2014年1月10日
      • QCloudy 2014年3月9日
  13. 水调歌头 2014年3月4日
  14. 不如归去 2014年5月4日
  15. cycloneii 2014年5月4日
    • 豆子 2014年5月5日
  16. GoodJob 2014年7月26日
    • 豆子 2014年7月28日
  17. d 2014年11月24日
  18. rrr 2015年5月5日
    • 豆子 2015年6月3日
  19. lyfljw 2015年7月23日
    • 豆子 2015年8月1日
  20. dreamychi 2015年11月11日
  21. 善良超哥哥 2015年12月2日
    • 豆子 2015年12月6日
  22. Jack 2016年2月12日
  23. 小怪 2016年4月10日
    • 豆子 2016年4月11日
  24. wlz 2016年7月1日

Leave a Reply