揭开Qt对象树的实现机制 | 含代码解释

在Qt框架中，对象树（Object Tree）是一种非常重要的内存管理机制。它通过树形结构来组织和管理对象，确保父对象在销毁时能够自动释放其子对象，从而避免内存泄漏。我对Qt中的对象树机制产生了浓厚的兴趣，尤其是它如何自动管理对象的生命周期并防止内存泄漏。为了深入理解这一机制，我决定自己动手探究，并将我的发现整理成这篇博客。

知识点1：this指针在从派生类跳转到基类时保持不变。
知识点2：利用类的初始化列表，配合构造函数可以写出更加高效的代码。

1. 对象树的基本概念

在Qt中，所有继承自QObject的类都可以通过对象树来管理其生命周期。每个QObject对象都可以有一个父对象和多个子对象。当父对象被销毁时，Qt会自动销毁其所有子对象。这种机制极大地简化了内存管理，尤其是在GUI应用程序中，开发者无需手动管理控件的生命周期。

2. 对象树的实现原理

Qt对象树的实现依赖于QObject类的构造函数和析构函数。以下是对象树的核心实现机制：

#include <iostream>
#include <list>

class Object {
public:
    Object(Object* parent = nullptr) {
        if (parent != nullptr) {
            parent->children.push_back(this); // 将自己添加到父对象的子对象列表中
        }
    }

    virtual ~Object() {
        for (auto child : children) {
            std::cout << "析构子对象" << std::endl;
            delete child; // 析构时释放所有子对象
        }
    }

protected:
    std::list<Object*> children; // 存储子对象的列表
};

class Child : public Object {
public:
    Child(Object* parent = nullptr) : Object(parent) {
        std::cout << "Child 构造函数" << std::endl;
    }

    ~Child() {
        std::cout << "Child 析构函数" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Object parent;
    Child* child1 = new Child(&parent); // 创建子对象并指定父对象
    Child* child2 = new Child(&parent); // 创建子对象并指定父对象
    Child* child3 = new Child(&parent); // 创建子对象并指定父对象
    return 0; // parent 析构时，child 也会被自动析构
}

在主函数中创建了一个临时变量Object parent，在栈上的临时变量会自动销毁调用对应的析构函数，析构函数调用其管理对象的析构函数完成资源释放，实现自动释放，避免了内存泄漏。

2.1 运行结果

当程序结束时，parent对象会被销毁，其析构函数会自动调用并销毁所有子对象。输出结果如下：

Child 构造函数
Child 构造函数
Child 构造函数
析构子对象
Child 析构函数
析构子对象
Child 析构函数
析构子对象
Child 析构函数

2.2 当时的疑问

1、为什么基类构造函数中的this指针是Child指针而不是基类指针？

#include <iostream>
#include <list>

class Object {
public:
    Object(Object* parent = nullptr) {
        if (parent != nullptr) {
            parent->children.push_back(this); // 将自己添加到父对象的子对象列表中
        }
    }

    virtual ~Object() {
        for (auto child : children) {
            std::cout << "析构子对象" << std::endl;
            delete child; // 析构时释放所有子对象
        }
    }

protected:
    std::list<Object*> children; // 存储子对象的列表
};

通过调试发现，所以并不是运行在哪个类中，this指针就是那个类的指针。

我们通过Child的初始化列表调用基类构造函数，此时this指针（派生类Child）会被传递进入基类。在基类中关联派生类的this指针实现管理。

2、如何实现实现一个基类管理多个派生类对象？

Object(Object* parent = nullptr) {
    if (parent != nullptr) {
        parent->children.push_back(this); // 将自己添加到父对象的子对象列表中
    }
}

一开始我以为每调用一次构造函数就会创建一个新的基类，其实不是的。

构造函数并没有创建类对象，而是一直使用主函数中创建的那一个对象，当然能实现一个基类管理多个派生类对象啦~