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Qt 核心之对象模型、对象树以及对象所有权

 
  • 2019年 09月15日
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为什么需要对象模型？

GUI 编程中通常需要管理相当多的对象，Qt 提供的对象模型结合了标准 C++ 的运行效率及它所没有的高灵活性。说白了，是因为标准 C++ 没有提供 Qt GUI 编程所需的对象模型，Qt 才设计出自己的对象模型（Qt Object Model）的。

Qt 向 C++ 扩展出以下功能：

  • 一个强大地无缝对象通信机制：信号与槽
  • 可查询和可设计的对象属性
  • 强大的事件和事件过滤器
  • 用于国际化的多语言翻译机制
  • 一个内部计时器
  • 一个受保护的指针（QPoint），当它指向的对象被析构后自动置为 0

以上这些功能是基于 QObject 的，也就是说基于 Qt 基类的。这样设计出的 Qt 对象模型才能实现上面的这些功能。

把 Qt 对象当作标识（ Identity，ID）而非值 （Value）

Qt 扩展出 C++ 的一些特性，要求 Qt 对象应该被看作是标识而非值。标识和值有着很大的不一样：值是用来被复制或者赋值的；而标识是被克隆（cloned）的，这意味着创建 Qt 对象不需要精确地复制旧对象。打个比方，有一对双保胎，她们长得一模一样，但是她们有不同的名字、此刻处在不同的的位置、甚至完全不同的社交圈。

标识和值的关系是否可以类似于函数传参中的“传引用”与“传值”？

一个 Qt 对象有以下需求：

  • 可能唯一的 QObject::objectName()。复制它时如何怎样给新对象取名？
  • 在对象树中有特定的位置。如果要复制它，新对象应该放在对象树的哪里？
  • 一个对象可能通过信号/槽连接到另一个对象。复制的时候怎么把这种连接复制过去？
  • 可以在运行时动态添加属性。复制的时候，怎样把旧对象的动态属性包括进去？

以上种种要求 Qt 对象必须是标识而非值。因为是值的话，无法处理上述几点需求。因此，QObject 的派生类都要求禁用拷贝构造函数和赋值操作符。

class MyClass : public QObject
{
private:
    Q_DISABLE_COPY(MyClass)  // 禁用拷贝构造函数和赋值操作符
};

Qt 中的对象树是怎样的一棵树？

  • Qt 对象存在于一颗对象树中。当创建一个对象并指定了它的父对象时，就把它加入了父对象所在的对象树中。这个对象就是它父对象的儿子，当父对象析构时它也被析构。这种构造对象树的方法在 GUI 对象中被证明是非常好用的。例如 QWindow（窗口） 对象有一个子对象 QShortcut（快捷键），当窗口关闭时，快捷键这个子对象也会随着删除。
  • QQuickItem 分虚拟父对象和数据父对象，前者用于布局，后者用于内存管理。
  • QWidget 是所有 Qt Widgets 的基类，它扩展出它们的 父-子 关系。一个子对象通常也会成为子部件，也就是说它显示在父对象的坐标系统中，并且受限于父对象的坐标边界（将坐标移到父对象以外的部分无法显示）。例如，对话框关掉时，它上面的按钮也被析构。
  • 可以用 QObject::dumpObjectTree() 和 QObject::dumpObjectInfo() 来调试对象树。

对象的构造和析构顺序

分两种情况：在堆中创建和在栈中创建。

  • 在堆中创建（用 new 创建）的对象，假如它指定了父对象，那么对象树会自动管理它的内存，Qt 保证不会析构两次。
  • 在栈中创建的对象，由于标准 C++ 的规定局部对象的析构顺序与构造顺序是相反的，所以要求父子对象有正确的创建顺序。
int main()
{
    QWidget window;
    QPushButton quit("Quit", &window);
    ...
}
// 析构时先析构 quit，quit 从父对象 window 上移除，再析造 window，不会有任何问题。

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

    quit.setParent(&window);
    ...
}
// 析构时先析构 window，它的子对象 quit 也随之被析构；按照 C++ 的析造顺序，quit 将再次析构一次，造成程序崩溃！
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