Qt 内存泄漏总结

末蓝、 2023-06-02 09:15 24阅读 0赞

原文：[Qt浅谈之一：内存泄露（总结）][Qt]

参考： [智能指针][Link 1]

## 一. 简介 ##

> 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，在 Qt 中，删除父对象会将其子对象一起删除。  
>   C++中delete 和 new 必须配对使用(一 一对应)：delete少了，则内存泄露，多了麻烦更大。Qt中使用了new却很少delete，因为QObject的类及其继承的类，设置了parent（也可在构造时使用setParent函数或parent的addChild）故parent被delete时，这个parent的相关所有child都会自动delete，不用用户手动处理。但parent是不区分它的child是new出来的还是在栈上分配的。这体现delete的强大，可以释放掉任何的对象，而delete栈上对象就会导致内存出错，这需要了解Qt的半自动的内存管理。另一个问题：child不知道它自己是否被delete掉了，故可能会出现野指针。那就要了解Qt的智能指针QPointer。

## 二. 关联图 ##

（1）Linux内存图，主要了解堆栈上分配内存的不同方式。

![Center][]

（2）在Qt中，最基础和核心的类是：QObject，QObject内部有一个list，会保存children，还有一个指针保存parent，当自己析构时，会自己从parent列表中删除并且析构所有的children。

![Center 1][]

## 三. 详解 ##

1.  Qt的半自动化的内存管理  
（1）QObject及其派生类的对象，如果其parent非0，那么其parent析构时会析构该对象。

（2）QWidget及其派生类的对象，可以设置 Qt::WA\_DeleteOnClose 标志位(当close时会析构该对象)。

（3）QAbstractAnimation派生类的对象，可以设置 QAbstractAnimation::DeleteWhenStopped。

（4）QRunnable::setAutoDelete()、MediaSource::setAutoDelete()。

（5）父子关系：父对象、子对象、父子关系。这是Qt中所特有的，与类的继承关系无关，传递参数是与parent有关（基类、派生类，或父类、子类，这是对于派生体系来说的，与parent无关）。

2. 内存问题例子

*  例子1

#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 既没有指定parent，也没有对其调用delete，所以会造成内存泄漏。书中的这种小例子也会出现指针内存的问题。  
改进方式：（1）分配对象到栈上而不是堆上

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

（2）设置标志位，close()后会delete label。

label->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);

（3）new后手动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2：

#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();
    }

结果：

![Center 2][]

分析：程序崩溃，因为label被close时，delete &label;但label对象是在栈上分配的内存空间，delete栈上的地址会出错。  
有些朋友理解为label被delete两次而错误，可以测试QLabel label("Hello Qt!"); label.show();delete &label;第一次delete就会出错。

*  例子3：

#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内部有一个list，会保存children，还有一个指针保存parent，当自己析构时，会自己从parent列表中删除并且析构所有的children。  
w比label先被析构，当w被析构时，会删除chilren列表中的对象label，但label是分配到栈上的，因delete栈上的对象而出错。

改进方式：（1）调整一下顺序，确保label先于其parent被析构，label析构时将自己从父对象的列表中移除自己，w析构时，children列表中就不会有分配在stack中的对象了。

#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）将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4： 野指针

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

（上述程序不显示Label，仅作测试）

分析：程序异常结束，delete w时会delete label，label成为野指针，调用label->setText("go");出错。

改进方式：QPointer智能指针

#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5： deleteLater

当一个QObject正在接受事件队列时如果中途被你销毁掉了，就是出现问题了，所以QT中建大家不要直接Delete掉一个QObject，如果一定要这样做，要使用QObject的deleteLater()函数，它会让所有事件都发送完一切处理好后马上清除这片内存，而且就算调用多次的deletelater也不会有问题。

发送一个删除事件到事件系统：

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

3. 智能指针

如果没有智能指针，程序员必须保证new对象能在正确的时机delete，四处编写异常捕获代码以释放资源，而智能指针则可以在退出作用域时(不管是正常流程离开或是因异常离开)总调用delete来析构在堆上动态分配的对象。

Qt家族的智能指针：

<table style="width:589px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">智能指针</td> 
   <td style="width:267px;">描述</td> 
   <td style="width:146px;">引入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QPointer</td> 
   <td style="width:267px;">Qt Object 模型的特性(之一)<br> 注意：析构时不会delete它管理的资源</td> 
   <td style="width:146px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QSharedPointer</td> 
   <td style="width:267px;">带引用计数</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QWeakPointer</td> 
   <td style="width:267px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QScopedPointer</td> 
   <td style="width:267px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QScopedArrayPointer</td> 
   <td style="width:267px;">QScopedPointer的派生类</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QSharedDataPointer</td> 
   <td style="width:267px;">用来实现Qt的隐式共享(Implicit Sharing)</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">QExplicitlySharedDataPointer</td> 
   <td style="width:267px;">显式共享</td> 
   <td style="width:146px;">Qt4.4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:267px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:146px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">std::auto_ptr</td> 
   <td style="width:267px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:146px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">std::shared_ptr</td> 
   <td style="width:267px;">std::tr1::shared_ptr</td> 
   <td style="width:146px;">C++0x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">std::weak_ptr</td> 
   <td style="width:267px;">std::tr1::weak_ptr</td> 
   <td style="width:146px;">C++0x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:185px;">std::unique_ptr</td> 
   <td style="width:267px;">boost::scoped_ptr</td> 
   <td style="width:146px;">C++0x</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

（1）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的现实原理：在QPointer保存了一个QObject的指针，并把这个指针的指针（双指针）交给全局变量管理，而QObject 在销毁时（析构函数，QWidget是通过自己的析构函数的，而不是依赖QObject的）会调用QObjectPrivate::clearGuards 函数来把全局 GuardHash 的那个双指针置为\*零，因为是双指针的问题，所以QPointer中指针当然也为零了。用isNull 判断就为空了。

// 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

（2）std::auto\_ptr

auto\_ptr被销毁时会自动删除它指向的对象。

std::auto\_ptr<QLabel> label(new QLabel("Hello Dbzhang800!"));

（3）其他的类参考相应文档。

4、自动垃圾回收机制  
（1）QObjectCleanupHandler  
      Qt 对象清理器是实现自动垃圾回收的很重要的一部分。QObjectCleanupHandler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。

#include <QApplication>
    #include <QObjectCleanupHandler>
    #include <QPushButton>
     
    int main(int argc, char* argv[])
    {
       QApplication app(argc, argv);
       // 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
       QObject::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);
       QObject::connect(w, SIGNAL(clicked()), cleaner, SLOT(deleteLater()));
       w->show();
       return app.exec();
    }

![Center 3][]

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。

（2）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 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()。

（3）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*)), this, 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）。

## 四. 内存泄露检测工具-VLD ##

Visual Leak Detector（VLD）是一款用于Visual C++的免费的内存泄露检测工具。他的特点有：可以得到内存泄漏点的调用堆栈，如果可以的话，还可以得到其所在文件及行号； 可以得到泄露内存的完整数据； 可以设置内存泄露报告的级别；并且是开源免费的。但是只支持MSVC编译器，不支持MingGW编译器。  
下载地址：http://vld.codeplex.com/  
安装完成之后，将 vld 安装目录下的 include 目录的两个头文件复制到 Qt 默认的include 目录下，vld 安装目录下的 lib 目录下的对应的 lib 文件复制到 Qt 默认的 lib目录下。 然后在 main.cpp 中

> \#include<vld.h>

就可以使用了。

[Qt]: https://blog.csdn.net/taiyang1987912/article/details/29271549
[Link 1]: https://blog.csdn.net/dbzhang800/article/details/6403285
[Center]: /images/20230601/20c296cdc0e541c58accfaea55b9b163.png
[Center 1]: /images/20230601/4812c6590f424a699e48a8ad48f70bf3.png
[Center 2]: /images/20230601/bafb6a618f0f42478122878cb6c2b9fb.png
[Center 3]: /images/20230601/567f64548e4641f6aed3cc86769aec21.png