關於QT 內存泄露

最近在研究Qt 開發的應用程序內存監控的問題，查閱網友關於Qt中指針對象的使用與內存的關係，特收藏起來以便今後查閱！

一、簡介
Qt內存管理機制：Qt 在內部能夠維護對象的層次結構。對於可視元素，這種層次結構就是子組件與父組件的關係；對於非可視元素，則是一個對象與另一個對象的從屬關係。在 Qt 中，在 Qt 中，刪除父對象會將其子對象一起刪除。

C++中delete 和 new 必須配對使用(一一對應)：delete少了，則內存泄露，多了麻煩更大。Qt中使用了new卻很少delete，因爲QObject的類及其繼承的類，設置了parent（也可在構造時使用setParent函數或parent的addChild）故parent被delete時，這個parent的相關所有child都會自動delete，不用用戶手動處理。但parent是不區分它的child是new出來的還是在棧上分配的。這體現delete的強大，可以釋放掉任何的對象，而delete棧上對象就會導致內存出錯，這需要了解Qt的半自動的內存管理。另一個問題：child不知道它自己是否被delete掉了，故可能會出現野指針。那就要了解Qt的智能指針QPointer。

二、關聯圖

（1）Linux內存圖，主要了解堆棧上分配內存的不同方式。

（2）在Qt中，最基礎和核心的類是：QObject，QObject內部有一個list，會保存children，還有一個指針保存parent，當自己析構時，會自己從parent列表中刪除並且析構所有的children。

三、詳解

1、Qt的半自動化的內存管理
（1）QObject及其派生類的對象，如果其parent非0，那麼其parent析構時會析構該對象。
（2）QWidget及其派生類的對象，可以設置 Qt::WA_DeleteOnClose 標誌位(當close時會析構該對象)。
（3）QAbstractAnimation派生類的對象，可以設置 QAbstractAnimation::DeleteWhenStopped。
（4）QRunnable::setAutoDelete()、MediaSource::setAutoDelete()。
（5）父子關係：父對象、子對象、父子關係。這是Qt中所特有的，與類的繼承關係無關，傳遞參數是與parent有關（基類、派生類，或父類、子類，這是對於派生體系來說的，與parent無關）。
2、內存問題例子

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：（1）label 既沒有指定parent，也沒有對其調用delete，所以會造成內存泄漏。書中的這種小例子也會出現指針內存的問題。
改進方式：（1）分配對象到棧上而不是堆上

#include <QApplication>  
#include <QLabel>  

int main(int argc, char *argv[])  
{  
    QApplication a(argc, argv);  
    QLabel label("Hello Qt!");  
    label.show();  
    return a.exec();  
}

（2）設置標誌位，close()後會delete label。

label->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);

（3）new後手動delete

#include <QApplication>  
#include <QLabel>  

int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int ret = 0;  
    QApplication a(argc, argv);  
    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();  
}

運行：

分析：程序崩潰，因爲label被close時，delete &label;但label對象是在棧上分配的內存空間，delete棧上的地址會出錯。
有些朋友理解爲label被delete兩次而錯誤，可以測試QLabel label(“Hello Qt!”); label.show();delete &label;第一次delete就會出錯。

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內部有一個list，會保存children，還有一個指針保存parent，當自己析構時，會自己從parent列表中刪除並且析構所有的children。
w比label先被析構，當w被析構時，會刪除chilren列表中的對象label，但label是分配到棧上的，因delete棧上的對象而出錯。

改進方式：（1）調整一下順序，確保label先於其parent被析構，label析構時將自己從父對象的列表中移除自己，w析構時，children列表中就不會有分配在stack中的對象了。

#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）將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：野指針

#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");     //野指針  
   return app.exec();  
}

（上述程序不顯示Label，僅作測試）
分析：程序異常結束，delete w時會delete label，label成爲野指針，調用label->setText(“go”);出錯。

改進方式：QPointer智能指針

#include <QApplication>  
#include <QLabel>  
#include <QPointer>  
int main(int argc, char* argv[])  
{  
   QApplication app(argc, argv);  
   QWidget *w = new QWidget;  
   QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!");  
   label->setParent(w);  
   QPointer<QLabel> p = label;  
   w->show();  
   delete w;  
   if (!p.isNull()) {  
     label->setText("go");  
   }  
   return app.exec();  
}

例子五：deleteLater
當一個QObject正在接受事件隊列時如果中途被你銷燬掉了，就是出現問題了，所以QT中建大家不要直接Delete掉一個QObject，如果一定要這樣做，要使用QObject的deleteLater()函數，它會讓所有事件都發送完一切處理好後馬上清除這片內存，而且就算調用多次的deletelater也不會有問題。

發送一個刪除事件到事件系統：

void QObject::deleteLater()  
{  
    QCoreApplication::postEvent(this, new QEvent(QEvent::DeferredDelete));  
}

3、智能指針
如果沒有智能指針，程序員必須保證new對象能在正確的時機delete，四處編寫異常捕獲代碼以釋放資源，而智能指針則可以在退出作用域時(不管是正常流程離開或是因異常離開)總調用delete來析構在堆上動態分配的對象。

Qt家族的智能指針：

（1）QPointer

QPointer是一個模板類。它很類似一個普通的指針，不同之處在於，QPointer 可以監視動態分配空間的對象，並且在對象被 delete 的時候及時更新。
QPointer的現實原理：在QPointer保存了一個QObject的指針，並把這個指針的指針（雙指針）交給全局變量管理，而QObject 在銷燬時（析構函數，QWidget是通過自己的析構函數的，而不是依賴QObject的）會調用QObjectPrivate::clearGuards 函數來把全局 GuardHash 的那個雙指針置爲*零，因爲是雙指針的問題，所以QPointer中指針當然也爲零了。用isNull 判斷就爲空了。

// QPointer 表現類似普通指針   
QDate *mydate = new QDate(QDate::currentDate());   
QPointer mypointer = mydata;   
mydate->year();    // -> 2005   
mypointer->year(); // -> 2005   

// 當對象 delete 之後，QPointer 會有不同的表現   
delete mydate;   

if(mydate == NULL)   
    printf("clean pointer");   
else   
    printf("dangling pointer");   
// 輸出 dangling pointer   

if(mypointer.isNull())   
    printf("clean pointer");   
else   
    printf("dangling pointer");  

// 輸出 clean pointer

（2）std::auto_ptr

// QPointer 表現類似普通指針   
QDate *mydate = new QDate(QDate::currentDate());   
QPointer mypointer = mydata;   
mydate->year();    // -> 2005   
mypointer->year(); // -> 2005   

// 當對象 delete 之後，QPointer 會有不同的表現   
delete mydate;   

if(mydate == NULL)   
    printf("clean pointer");   
else   
    printf("dangling pointer");   
// 輸出 dangling pointer   

if(mypointer.isNull())   
    printf("clean pointer");   
else   
    printf("dangling pointer");   
// 輸出 clean pointe  
auto_ptr被銷燬時會自動刪除它指向的對象。
std::auto_ptr<QLabel> label(new QLabel("Hello Dbzhang800!"));

（3）其他的類參考相應文檔。

4、自動垃圾回收機制
（1）QObjectCleanupHandler
Qt 對象清理器是實現自動垃圾回收的很重要的一部分。QObjectCleanupHandler可以註冊很多子對象，並在自己刪除的時候自動刪除所有子對象。同時，它也可以識別出是否有子對象被刪除，從而將其從它的子對象列表中刪除。這個類可以用於不在同一層次中的類的清理操作，例如，當按鈕按下時需要關閉很多窗口，由於窗口的 parent 屬性不可能設置爲別的窗口的 button，此時使用這個類就會相當方便。

#include <QApplication>  
#include <QObjectCleanupHandler>  
#include <QPushButton>  

int main(int argc, char* argv[])  
{  
   QApplication app(argc, argv);  
   // 創建實例  
   QObjectCleanupHandler *cleaner = new QObjectCleanupHandler;  
   // 創建窗口  
   QPushButton *w = new QPushButton("Remove Me");  
   w->show();  
   // 註冊第一個按鈕  
   cleaner->add(w);  
   // 如果第一個按鈕點擊之後，刪除自身  
   QObject::connect(w, SIGNAL(clicked()), w, SLOT(deleteLater()));  
   // 創建第二個按鈕，注意，這個按鈕沒有任何動作  
   w = new QPushButton("Nothing");  
   cleaner->add(w);  
   w->show();  
   // 創建第三個按鈕，刪除所有  
   w = new QPushButton("Remove All");  
   cleaner->add(w);  
   QObject::connect(w, SIGNAL(clicked()), cleaner, SLOT(deleteLater()));  
   w->show();  
   return app.exec();  
}

在上面的代碼中，創建了三個僅有一個按鈕的窗口。第一個按鈕點擊後，會刪除掉自己（通過 deleteLater() 槽），此時，cleaner 會自動將其從自己的列表中清除。第三個按鈕點擊後會刪除 cleaner，這樣做會同時刪除掉所有未關閉的窗口。

（2）引用計數
應用計數是最簡單的垃圾回收實現：每創建一個對象，計數器加 1，每刪除一個則減 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的信號槽機制，在對象銷燬的時候自動減少計數器的值。但是，我們的實現並不能防止對象創建的時候調用了兩次attach()。
（3）記錄所有者
更合適的實現是，不僅僅記住有幾個對象持有引用，而且要記住是哪些對象。例如：

class CountedObject : public QObject   
{   
   public:   
      CountedObject() {}   

      void attach(QObject *obj) {   
        // 檢查所有者   
        if(obj == 0)   
          return;   
        // 檢查是否已經添加過   
        if(owners.contains(obj))   
          return;   
        // 註冊   
        owners.append(obj);   
        connect(obj, SIGNAL(destroyed(QObject*)), this, SLOT(detach(QObject*)));   
      }    
   public slots:   
      void detach(QObject *obj) {   
        // 刪除   
        owners.removeAll(obj);   
        // 如果最後一個對象也被 delete，刪除自身   
        if(owners.size() == 0)   
           delete this;   
       }     
   private:   
       QList owners;   
;

現在我們的實現已經可以做到防止一個對象多次調用 attach() 和 detach() 了。然而，還有一個問題是，我們不能保證對象一定會調用 attach() 函數進行註冊。畢竟，這不是 C++ 內置機制。有一個解決方案是，重定義 new 運算符（這一實現同樣很複雜，不過可以避免出現有對象不調用 attach() 註冊的情況）。

四、總結

  Qt 簡化了我們對內存的管理，但是，由於它會在不太注意的地方調用 delete，所以，使用時還是要當心。

五、參考

http://doc.qt.nokia.com/4.7/qobject.html
http://www.cuteqt.com/blog/?p=824
http://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6300025
http://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6403285
http://devbean.blog.51cto.com/448512/526734/

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