C++/Qt:C++test单元测试框架

为什么写这篇博客

上周关键科技(Parasoft的代理)组织了一次C++test的公开课(值得一提的是报名参加培训的学员都给了15天的C++test的正版许可)。在这次培训中确实学到了很多新的东西,所以趁着C++test的许可还没过期,把培训中学到的东西分享给需要的同仁。

这篇博客都写了什么

在这篇博客中我将详细讲述我是用的开发环境和测试环境,如何在Parasoft C++test中创建Qt的的测试工程,如何进行静态扫描,如何进行单元测试,如何插桩,以及一些使用C++test的小技巧。

这篇贴子中使用了什么环境

这篇帖子中使用的开发和测试环境分别为mingw4.4、Qt4.8.3和Parasoft C++test 9.6。

具体聊聊怎么做

搭建开发和测试环境

首先我们在安装完以上三个软件以后需要配置环境变量,我的环境变量配置如下图所示。
环境变量

创建Qt工程

搭建好环境创建一个带有Gui的Qt工程用于后边讲解,然后在工程中添加新类MyClass并在MyClass中添加以下内容。

#ifndef MYCLASS_H
#define MYCLASS_H

class MyClass
{
public:
    MyClass();
    int Add(int i, const int j);
private:
    int getNewNum(const int i);//插桩演示使用
};
#endif // MYCLASS_H



#include "MyClass.h"

MyClass::MyClass()
{
}

int MyClass::Add(int
<think>首先,用户的问题是:“我想了解C++Qt中智能指针的实现原理”。所以,我需要解释C++标准库中的智能指针和Qt框架中的智能指针的实现原理。 从系统级指令: - 所有行内数学表达式使用 `$...$` 格式。 - 独立公式使用 `$$...$$` 并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,如 [^1]。 引用内容总结: - [^1]:使用Qt智能指针的步骤,介绍QSharedPointer。 - [^2]:初学者可能认为Qt不需要智能指针,但在复杂场景中需要。 - [^3]:智能指针模拟原生指针,解决浅拷贝问题,提std::auto_ptr。 - [^4]:std::weak_ptr vs QWeakPointer,后者兼容QObject。 - [^5]:QPointer用于QObject子类,自动清除。 用户上一次的问题和我的回答:在这个对话中,用户上一次的问题是“参考站内引用...我想了解C++Qt中智能指针的实现原理”,这是第一次具体问题,所以没有之前的回答。我需要基于引用和一般知识回答。 回答结构: - 清晰地逐步解释实现原理。 - 使用中文。 - 包括数学表达式如引用计数等。 - 结束时生成相关问题。 关键点: 1. **C++标准库智能指针的实现原理**: - `std::shared_ptr`:基于引用计数。每个`shared_ptr`对象有一个控制块,存储引用计数和删除器。当引用计数变为0时,自动释放内存。 - `std::unique_ptr`:独占所有权,使用move语义。没有引用计数,禁止拷贝。 - `std::weak_ptr`:弱引用,用于打破循环引用,不增加引用计数。 - `std::auto_ptr`:已弃用,所有权转移。 2. **Qt智能指针的实现原理**: - `QSharedPointer`:类似于`std::shared_ptr`,使用引用计数。Qt自己的实现,用于跨平台兼容。 - `QWeakPointer`:类似于`std::weak_ptr`,与`QSharedPointer`一起使用。 - `QPointer`:特殊用于QObject子类,当对象被删除时自动置为nullptr。不管理内存所有权,只是自动清除。 - 其他如`QScopedPointer`:类似于`std::unique_ptr`。 实现细节: - **引用计数**:使用原子操作确保线程安全。控制块存储引用计数、弱引用计数和删除器。 - 数学:例如,当复制`shared_ptr`时,引用计数 $n$ 增加为 $n+1$。 - **所有权管理**:`unique_ptr`使用独占指针,拷贝时使用移动构造函数。 - **Qt的QObject集成**:`QPointer`利用Qt的信号和槽机制检测对象删除。 在回答中自然地引用提供的引用: - 例如,提到[^3]关于浅拷贝问题和所有权转移。 - 提到[^4]关于`std::weak_ptr` vs `QWeakPointer`。 组织回答: 1. **引言**:简要介绍智能指针的概念。 2. **C++标准库智能指针原理**: - `shared_ptr` - `unique_ptr` - `weak_ptr` 3. **Qt智能指针原理**: - `QSharedPointer` - `QWeakPointer` - `QPointer` 4. **对比和总结**:简要比较两者。 5. **生成相关问题**。 数学表达式: - 行内:如引用计数更新:$n \leftarrow n + 1$ - 独立公式:如果需要公式化,比如描述引用计数机制。 确保回答真实可靠:基于标准知识和引用。 最终,生成相关问题。 </think>### C++Qt中智能指针的实现原理 智能指针是一种自动管理内存资源的工具,通过封装原生指针并提供所有权管理和自动释放机制,避免内存泄漏等问题。下面我将逐步解释C++标准库和Qt框架中智能指针的实现原理。核心原理包括引用计数、所有权转移和自动清除等关键技术。 #### 1. **C++标准库智能指针的实现原理** C++标准库提供了多种智能指针,其核心机制基于模板类和引用计数,确保资源自动回收。 - **`std::shared_ptr`**: 实现原理基于引用计数(reference counting)。每个`std::shared_ptr`对象共享一个控制块(control block),该控制块存储引用计数 $n$(当前指针的所有者数)和指向原始内存的指针。 - 当创建一个新的`shared_ptr`时,控制块被初始化,计数设为1。 - 拷贝时,引用计数增加:$n \leftarrow n + 1$。 - 销毁或重置时,引用计数减少:$n \leftarrow n - 1$;当 $n = 0$ 时,自动调用删除器释放内存。 - 使用原子操作确保线程安全,计数更新是原子的。 - 例如:源码中控制块结构类似于: ```cpp struct ControlBlock { std::atomic<int> ref_count; void* data; Deleter deleter; }; ``` 这解决了浅拷贝问题,通过共享控制块避免了多次释放[^3]。 - **`std::unique_ptr`**: 实现独占所有权(exclusive ownership),禁止拷贝语义,使用移动语义(move semantics)转移所有权。 - 内部封装一个原生指针,析构时自动调用`delete`释放资源。 - 拷贝构造函数被删除(`= delete`),移动构造函数允许所有权转移:原指针置空,新指针接管资源。 - 不涉及引用计数,开销小,适合单所有者场景。 - 例如:`unique_ptr`的移动操作类似于指针交换:$p_{\text{new}} \leftarrow p_{\text{old}}$, $p_{\text{old}} \leftarrow \text{nullptr}$。 - **`std::weak_ptr`**: 作为`shared_ptr`的弱引用,用于打破循环引用(circular reference)。 - 不增加引用计数,只观察资源状态。 - 当需要访问时,通过`lock()`方法提升为`shared_ptr`(如果资源存在)。 - 实现依赖控制块的弱计数(weak count),当引用计数 $n = 0$ 时,资源释放,但控制块直到弱计数为0才释放。 - **`std::auto_ptr`(已弃用)**: 早期实现基于管理权转移(ownership transfer),拷贝时原指针失效。这容易导致悬空指针,因此在C++11后被废弃[^3]。 C++智能指针的核心优势是通用性,适用于任何对象类型,但需注意循环引用问题。 #### 2. **Qt框架智能指针的实现原理** Qt提供了自己的智能指针类,专为Qt对象设计,尤其集成QObject生命周期管理。Qt智能指针在底层使用引用计数,但结合Qt的信号槽机制优化内存处理。 - **`QSharedPointer`**: 类似`std::shared_ptr`,基于引用计数实现共享所有权。 - 内部使用一个共享引用计数(类似 $n$),当计数 $n = 0$ 时自动删除对象。 - Qt实现时添加了对QObject的优化:如果对象是QObject子类,删除时会触发Qt事件循环进行清理。 - 支持自定义删除器,用法简单:`QSharedPointer<Test> ptr(new Test);`,其中`Test`是用户定义的类(如引用中的测试类)[^1]。 - **`QWeakPointer`**: 作为`QSharedPointer`的弱引用,用于避免循环引用。 - 不增加引用计数,通过`toStrongRef()`方法转换为`QSharedPointer`。 - 特殊优势:兼容普通QObject指针(如`QObject*`),当对象被删除时自动置为nullptr,无需手动检查悬空指针[^4]。 实现依赖Qt的元对象系统(meta-object system),当QObject析构时发出信号,`QWeakPointer`监听并更新。 - **`QPointer`**: 专为QObject子类设计,不是完整的内存管理工具,而是“被保护的指针”(guarded pointer)。 - 实现原理:利用QObject的`destroyed`信号。当对象被删除时,Qt自动发出信号,`QPointer`内部将指针置为nullptr。 - 不管理所有权,仅防止悬空指针;例如`QPointer<QWidget> widgetPtr = new QWidget;`,如果widget被删除,`widgetPtr`自动变为null[^5]。 - 限制:只适用于QObject子类,否则编译失败[^5]。 Qt智能指针的优势在于与Qt框架深度集成,适合UI和复杂场景(如多线程GUI),避免初学者在简单场景下过度使用裸指针[^2]。整个实现基于Qt核心库,确保跨平台兼容。 #### 3. **比较与总结** - **原理共性**: 都使用引用计数(`shared_ptr`/`QSharedPointer`)和观察者模式(`weak_ptr`/`QWeakPointer`),核心数学公式为引用计数更新:$n \leftarrow n \pm 1$。 - **C++ vs Qt**: - C++智能指针是标准化的,通用性强;Qt版本更适合Qt项目,尤其是`QPointer`对QObject的特殊处理。 - 所有权处理类似:如`unique_ptr`和`QScopedPointer`(未详述)都强调独占所有权。 - **性能**: Qt智能指针在GUI应用中优化更好,但C++标准库更高效于通用计算。 总的来说,C++Qt智能指针通过自动化内存管理,提升了代码安全性和可维护性。在复杂场景(如多对象引用)中,它们突显优势[^2]。
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