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QPointer
QPointer
當多個指針指向同一個 Object 對象時,引用的對象可能被釋放掉,這時使用 QPointer 就可以安全的測試引用對象是否有效,防止發生指針空懸。
註意:Qt5 之前,QPointer 指向一個 QWidget 對象(或子類對象)時,QPointer 由 QWidget 的析構函數清除,Qt5 之後 由 QObject 的析構函數清除。在析構函數銷毀被跟蹤 QWidget 的子項之前,任何跟蹤 QWidget 的 QPointers 都不會被清除。
QPointer 提供的函數和運算符與普通指針的函數和運算符相同,但算術運算符+、-、 ++ 和 --除外(它們通常僅用於對象數組)。
創建 QPointer 指針,可以使用構造函數、用 T * 賦值或相同類型的其他 QPointer 。QPointer 比較可以使用 == 和 !=,或使用 isNull() 進行測試。可以使用 nullptr 或 *xx->member 取消引用。
QPointer 和普通指針可以混用,QPointer會自動轉換為指針*。可以把 QPointer
#include <QCoreApplication>
#include <QTimer>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QTimer *timer = new QTimer;
// QPointer<QTimer> timer = new QTimer;
delete timer;
// 不使用QPointer時需要設置timer為NULL
// timer=NULL;
if(timer)
{
qInfo()<<"timer is not null";
}
else
{
qInfo()<<"timer is null";
}
return a.exec();
}
不使用QPointer時,輸出“Label is not null”,原因是,delete後未置空,易造成指針懸空。使用 QPointer 時,輸出"timer is null"。
在QPointer中 .是指針的屬性,-> 是對象的屬性。
QScopedPointer
QScopedPointer 類似於 C++ 11 中的 unique_ptr 用於管理動態分配的對象的獨占所有權,即同一時間只能有一個QScopedPointer指向該對象。
QScopedPointer使用了RAII(資源獲取即初始化)技術,當QScopedPointer被銷毀時,它將自動釋放所管理的對象的記憶體。QScopedPointer不支持拷貝和賦值操作,這是為了避免在多個指針之間共用所有權的問題。如果需要在多個指針之間轉移所有權,應該使用QSharedPointer或QWeakPointer。
手動管理堆中分配的對象非常困難而且容易出錯,容易導致記憶體泄露。QScopedPointer是一個簡化記憶體管理的工具類,它通過將堆分配的空間賦值給基於棧的記憶體,通常稱為RAII(resource acquisition is initialization)。
QScopedPointer保證指向的對象在當前範圍消失時自動刪除。
下麵的函數分配了堆記憶體,使用後手動刪除。
void myFunction(bool useSubClass)
{
MyClass *p = useSubClass ? new MyClass() : new MySubClass;
QIODevice *device = handsOverOwnership();
if (m_value > 3) {
delete p;
delete device;
return;
}
try {
process(device);
}
catch (...) {
delete p;
delete device;
throw;
}
delete p;
delete device;
}
使用QScopedPointer可以簡化上面的代碼:
void myFunction(bool useSubClass)
{
// assuming that MyClass has a virtual destructor
QScopedPointer<MyClass> p(useSubClass ? new MyClass() : new MySubClass);
QScopedPointer<QIODevice> device(handsOverOwnership());
if (m_value > 3)
return;
process(device);
}
編譯器為QScopedPointer生成的代碼與手動編寫的代碼相同。delete代碼是QScopedPointer的選項之一。QScopedPointer沒有賦值構造函數或賦值操作,以便清楚的表達所有權和生命周期。
C++ 中const修飾的指針也可以使用QScopedPointer來表示。
const QWidget *const p = new QWidget();
// 等價於
const QScopedPointer<const QWidget> p(new QWidget());
QWidget *const p = new QWidget();
// 等價於
const QScopedPointer<QWidget> p(new QWidget());
const QWidget *p = new QWidget();
// 等價於
QScopedPointer<const QWidget> p(new QWidget());
自定義清理處理器:
使用malloc分配的數組指針不能使用delete刪除,QScopedPointer的第二個模板參數可以用於自定義清理處理器。QT提供了以下自定義清理處理器:
- QScopedPointerDeleter 預設處理器,使用delete刪除指針。
- QScopedPointerArrayDeleter 使用delete []刪除。用於處理使用new [] 創建的指針。
- QScopedPointerPodDeleter 使用free()刪除指針。用於處理使用malloc()創建的指針。
- QScopedPointerDeleteLater 使用deleteLater()刪除指針。用於處理QEventLoop中使用的QObject指針。
自定義清理處理器中必須提供一個public的靜態函數:public static function void cleanup(T *pointer)
// QScopedPointer 使用 delete[] 刪除數據
QScopedPointer<int, QScopedPointerArrayDeleter<int> > arrayPointer(new int[42]);
// QScopedPointer 使用 free()釋放記憶體
QScopedPointer<int, QScopedPointerPodDeleter> podPointer(reinterpret_cast<int *>(malloc(42)));
// 該 struct 調用 "myCustomDeallocator" 刪除指針
struct ScopedPointerCustomDeleter
{
static inline void cleanup(MyCustomClass *pointer)
{
myCustomDeallocator(pointer);
}
};
// QScopedPointer 使用自定義清理處理器:
QScopedPointer<MyCustomClass, ScopedPointerCustomDeleter> customPointer(new MyCustomClass);
QScopedPointer可以使用前置聲明的類,但是要保證QScopedPointer需要清理的時候前置聲明的類的析構函數可用。否則,編譯器將輸出析構函數不可用的警告。
class MyPrivateClass; // 前置聲明 MyPrivateClass
class MyClass
{
private:
QScopedPointer<MyPrivateClass> privatePtr; // QScopedPointer 使用前置聲明類
public:
MyClass(); // OK
inline ~MyClass() {} // VIOLATION - 析構函數不能使用inline修飾
private:
Q_DISABLE_COPY(MyClass) // OK - 設置拷貝構造函數和賦值操作不可用,編譯器不會自動生成構造函數和賦值操作
};
成員函數
QScopedPointer::QScopedPointer(T *p = nullptr)
構造 QScopedPointer 實例,並指向p
QScopedPointer::~QScopedPointer()
銷毀QScopedPointer對象。刪除它指向的對象
T *QScopedPointer::data() const
返回QScopedPointer指向對象的值。QScopedPointer仍然指向該對象
T *QScopedPointer::get() const
與 data()功能相同
bool QScopedPointer::isNull() const
QScopedPointer指向的對象為nullptr時返回true
void QScopedPointer::reset(T *other = nullptr)
刪除已指向的對象並指向新對象other
QScopedArrayPointer
QScopedArrayPointer 與 QScopedPointer 類似,但是刪除指針時使用的時 delete[] 操作。QScopedArrayPointer 存儲的指針指向動態分配的數組對象。如果我們指向的記憶體數據是一個數組,這時可以用 QScopedArrayPointer。例如:
void foo()
{
QScopedArrayPointer<int> i(new int[10]);
i[2] = 42;
...
return; // 此時我們定義的 integer 數組會使用 delete[] 自動刪除
}
QSharedPointer
QSharedPointer 相當於C++11 標準中的 shared_ptr, 用於管理動態分配的對象的共用所有權,即多個 QSharedPointer 對象可以指向同一個對象,並共用該對象的記憶體管理。它使用引用計數來追蹤對象的使用情況,當最後一個 QSharedPointer 對象被銷毀時,它將自動刪除它所持有的指針。由於使用了引用計數,QSharedPointer 能夠自動處理指針的生命周期,避免記憶體泄漏和空懸指針等問題,因此是Qt中最常用的智能指針。
需要註意的是,QSharedPointer只能管理動態分配的對象的記憶體。如果我們將其用於指向棧對象或全局對象,那麼它就不會自動釋放對象的記憶體,這可能會導致程式崩潰或記憶體泄漏。
創建 QSharedPointer 對象可以用普通指針、另一個 QSharedPointer 對象,也可以通過將 QWeakPointer 對象提升為強引用來創建。
線程安全
QSharedPointer 和 QWeekPointer 是可重入類,如果不進行同步,多個線程無法同時訪問指定的 QSharedPointer 對象或 QWeakPointer 對象。
多個 QSharedPointer 和 QWeekPointer 指向同一個對象的情況下,多個線程可以安全的訪問這些 QSharedPointer 和 QWeekPointer對象。QSharedPointer 採用的引用計數機制是原子操作,不需要手動同步。但是要註意,QSharedPointer 和 QWeekPointer 所指向的對象不一定是線程安全的,需要採用線程安全和重入規則來保證 QSharedPointer 和 QWeekPointer 所指向對象的安全。
其他指針類
Qt還提供了另外兩個指針包裝類: QPointer 和 QSharedDataPointer。它們彼此不相容,因為每個都有其非常不同的用例。
QSharedPointer 通過外部引用計數(即放置在對象外部的引用計數器)持有共用指針,指針值在 QSharedPointer 和 QWeekPointer 的所有實例之間共用。但是,指針指向的對象不應被視為共用的:都是同一個對象。QSharedPointer 不提供detach(隱式共用)或拷貝所引用對象的方法。
QSharedDataPointer 通過基類 QSharedData 內的引用計數持有共用數據的指針(共用數據派生自 QSharedData 類)。QSharedDataPointer 可以根據訪問類型對受保護數據執行detach(隱式共用):如果不是讀訪問,則以原子方式創建一個副本以完成操作。
QExplicitlySharedDataPointer 是 QSharedDataPointer 的一個變數,QSharedDataPointer只有在 QExplicitlySharedDataPointer::detach() 時才會執行detach。
QScopedPointer 專為堆內分配、刪除對象設計,它持有指向堆分配對象的指針,併在其析構函數中刪除對象。 QScopedPointer 是輕量級的,它不使用額外的結構或引用計數。
QPointer 用於持有 QObject 派生對象的指針,但是一種弱引用。QWeakPointer 具有相同的功能,但不推薦使用該功能。
可選指針跟蹤
編譯調試時可以開啟 QSharedPointer 的指針跟蹤功能。啟用後,QSharedPointer 會在全局集合中註冊它跟蹤的所有指針。這樣就可以捕獲錯誤(例如:將同一指針分配給兩個 QSharedPointer 對象)。
開啟指針跟蹤功能需要在 include QSharedPointer 前定義巨集QT_SHAREDPOINTER_TRACK_POINTERS。
即使沒有啟用指針跟蹤功能進行代碼編譯,使用 QSharedPointer 跟蹤指針也是安全的。如果編譯的代碼沒有開啟指針跟蹤功能,QSharedPointer 會從跟蹤器中刪除指針。
註意,指針跟蹤功能對多重繼承或虛擬繼承有限制(此時兩個不同的指針可以引用同一對象)。在這種情況下,如果指針被強制轉換為不同的類型並且其值發生更改,則 QSharedPointer 的指針跟蹤機制可能無法檢測到被跟蹤的對象是否為同一對象。
QWeakPointer
QWeakPointer 是對指針的弱引用,相當於C++11 標準中的 weak_ptr。QWeakPointer 不影響指針引用計數,可以用於驗證指針是否在已另一個上下文中被刪除。QWeakPointer對象的創建只能通過QSharedPointer賦值。QWeakPointer 用於追蹤指針,但並不代表指針本身,它不保證指針對象的有效性,也不提供轉換操作。如果要訪問 QWeakPointer 追蹤的指針,需要向將其提升為 QSharedPointer 並驗證該對象是否為 null,若對象不為 null,則可以使用該指針。QWeakPointer::toStrongRef()用於將 QWeakPointer 轉換為 QSharedPointer。
QWeakPointer 指向 QSharedPointer 所管理的對象,但不會增加對象的引用計數,也不會影響對象的生命周期。當對象被釋放時,QWeakPointer會自動被置為空指針,避免了空懸指針的問題。
#include <QSharedPointer>
#include <QWeakPointer>
#include <QDebug>
class MyClass
{
public:
MyClass(int value) : m_value(value) {
qDebug() << "MyClass constructor called with value" << m_value;
}
~MyClass() {
qDebug() << "MyClass destructor called with value" << m_value;
}
int getValue() const {
return m_value;
}
private:
int m_value;
};
int main()
{
QSharedPointer<MyClass> shared(new MyClass(20));
QWeakPointer<MyClass> weak(shared);
qDebug() << "Shared pointer value:" << shared->getValue();
qDebug() << "Weak pointer value:" << weak.data()->getValue();
shared.clear();
// 此時,MyClass對象的引用計數為0,將被自動刪除,而此時 QWeakPointer 對象 weak 也為null。
if (weak.isNull()) {
qDebug() << "Weak pointer is null - object has been deleted"; //執行
} else {
qDebug() << "Weak pointer is not null - object still exists";
}
return 0;
}
QSharedDataPointer
QSharedDataPointer
例如,實現 Employee 類的隱式共用,需要以下步驟:
- 定義 Employee 類,並聲明一個 QSharedDataPointer
成員變數; - 定義一個 EmployeeData 並繼承 QSharedData,將 Employee 需要的成員變數在 EmployeeData 中進行聲明。
#include <QSharedData>
#include <QString>
// EmployeeData 繼承自 QSharedData,QSharedData為其提供了一個引用計數器
// EmployeeData 要實現共用必須提供預設的構造函數、拷貝構造函數和析構函數
// 如果要對 Employee 類的使用者隱藏數據,應該把 EmployeeData 類聲明到獨立的 .h 文件中
class EmployeeData : public QSharedData
{
public:
EmployeeData() : id(-1) { }
// 拷貝構造函數
EmployeeData(const EmployeeData &other)
: QSharedData(other), id(other.id), name(other.name) { }
~EmployeeData() { }
// 共用數據
int id;
QString name;
};
class Employee
{
public:
Employee() { d = new EmployeeData; }
// 該構造函數調用了 setId(id) 和 setName(name), 2次修改共用數據,但是並不會觸發 copy on write
Employee(int id, const QString &name) {
d = new EmployeeData;
setId(id); // 此時 EmployeeData 的引用計數為 1
setName(name); // 引用計數為 1 ,不會 copy 共用數據
}
// 這個拷貝構造函數可以不用定義,編譯器會自動生成拷貝構造函數
// 拷貝構造函數會對成員變數 d 進行賦值,賦值操作 =() 會增加共用數據的引用計數
Employee(const Employee &other)
: d (other.d)
{
}
// 修改數據時,操作符 ->() 會自動調用 detach() ,如果共用數據的引用計數大於1,會自動copy一份數據用於修改。
// 保證一個 Employee 對象對共用數據的修改不會影響其它Employee對象引用的共用數據
void setId(int id) { d->id = id; }
void setName(const QString &name) { d->name = name; }
// 不修改 EmployeeData ,操作符 -> 不會觸發detach()
int id() const { return d->id; }
QString name() const { return d->name; }
private:
// Employee 只用一個成員變數,其它數據在 EmployeeData 中定義
QSharedDataPointer<EmployeeData> d;
};
在上面的場景中,Employee 對象拷貝、賦值或作為參數傳遞時,QSharedDataPointer 自動增加引用計數。Employee 對象刪除或不在當前範圍時, QSharedDataPointer 自動減少引用計數。當引用計數為 0 時,EmployeeData 對象自動被刪除。當 Employee 的成員函數對成員變數 d 進行修改時,QSharedDataPointer 自動調用 detach() 操作,併為 Employee 對象拷貝出一份數據,保證 Employee 對象對數據的修改不會影響其它對象。如果 Employee 有多個成員函數都會修改成員變數 d,detach() 會被調用多次,但是只有首次調用 detach() 時才會拷貝共用數據,因為第一次調用 detach() 後成員變數 d 指向新拷貝的數據,它的引用計數為 1。
隱式共用需要註意的問題:
看下麵的代碼,如果 e1 和 e2 都代表 id 為 1001 的數據,那麼將出現 1001 有 2 個不同 name 的問題,這在數據一致性上可能會有問題。這種問題需要使用顯示共用來解決,即在 Employee 類中聲明為顯示共用 QExplicitlySharedDataPointer
#include "employee.h"
int main()
{
Employee e1(1001, "Albrecht Durer");
// e1 和 e2 指向同一個共用數據(1001, "Albrecht Durer")
Employee e2 = e1;
// setName 後成員變數 e1 將指向另一個數據(1001, "Hans Holbein")
e1.setName("Hans Holbein");
}
可以考慮使用巨集Q_DECLARE_TYPEINFO()將隱式共用類聲明為 movable 類型,例如上面的 Employee 類。
隱式共用的 iterator 問題:當使用 iterator 遍歷容器時,不能進行容器拷貝。例如:
QList<int> a, b;
// 構造一個用 0 初始化的 list
a.resize(100000);
QList<int>::iterator i = a.begin();
// 下麵是 iterator i 的錯誤使用方式
b = a;
// 與 STL 容器不同的是,如果此時執行 *i = 4 會發生隱式拷貝
a[0] = 5;
// 此時 a 已經從共用數據中分離出來,雖然 i 是 容器 a 的遍歷器,但實際上是 b 的遍歷器,此時 (*i) == 0
b.clear();
// 此時遍歷器 i 已經完全無效了
int j = *i;
// 此時會出現 i 未定義的情況
// 如果使用的是 STL 的容器類 std::list<T> 不會發生上述情況,此時 (*i) == 5
QExplicitlySharedDataPointer
QExplicitlySharedDataPointer
QExplicitlySharedDataPointer 與 QSharedDataPointer 類似,惟一不同的是 QExplicitlySharedDataPointer 的成員函數在出現寫操作時不會自動 copy 共用數據。QExplicitlySharedDataPointer 的 detach() 方法只能手動調用。QExplicitlySharedDataPointers 自動進行引用計數併在引用計數變為 0 時刪除共用數據。
參考文章:
Qt 智能指針介紹: QSharedPointer、QWeakPointer 、QScopedPointer 、QPointer(附實例)
Qt 中的智能指針
【圖解】Qt中的智能指針
Qt 智能指針學習(7種QT的特有指針)