Qt 对象树详解：从原理到运用

1. 什么是对象树？

对象树是一种基于父子关系的对象管理机制。在 Qt 中，所有继承自 QObject 的类都可以参与到对象树中。

当一个对象被设置为另一个对象的父对象时，子对象会被添加到父对象的内部列表中，形成一种树状结构。

Qt 提供了一个调试工具方法 dumpObjectTree() ，可以帮助开发者打印对象树的结构。

    QObject* parent = new QObject();QObject* child = new QObject();child->setParent(parent);parent->dumpObjectTree();

1.1 对象树结构

在 Qt 中，对象树的每个节点是一个 QObject 对象，而 “边” 代表父子关系。具体来说：

• 根节点：没有父对象的对象（即 parent == nullptr）。
• 子节点：有父对象的对象，它们会被添加到父对象的 子对象列表 中。
• 叶子节点：没有子对象的对象。

grandparent 是根节点，parent 是 grandparent 的子节点，child 是 parent 的子节点，形成了一个三层的树形结构。

1.2 为什么选择 new 而不是栈上分配？

如果对象是在栈上创建的（如 局部变量），当作用域结束时，该对象会自动销毁。可能导致以下问题：

• 如果子对象比父对象先销毁，父对象的 子对象列表 可能会指向无效内存。直观表现可能为：子对象区域显示为空白状态。

通过 new 创建对象，可以确保对象的生命周期由对象树管理，而不是由作用域控制。 这样可以避免上述问题。

2. 对象树的工作原理

在 Qt 中，继承自 QObject 的对象能够参与到对象树的前提是 该类必须正确地声明 Q_OBJECT 宏。

对象树通过以下两个关键成员变量实现：

• QObject* parent ：指向父对象的指针；
• QList<QObject*> children：存储子对象的列表。

每个 QObject 对象可以有一个父对象 parent，和有多个子对象 children；子对象会被自动添加到父对象的 children 列表中。

2.1 对象创建时

当创建一个新的 QObject 对象并指定父对象时，会发生：

1. 新对象的 parent 指针被设置为指定的父对象；
2. 新对象被自动添加到父对象的 children 列表中。

2.2 对象销毁时

当一个对象被销毁时，以下操作会发生：

1. 该对象的所有子对象会被递归销毁；
2. 该对象从其父对象的 children 列表中移除。

​ Qt 的实现确保了在子对象的析构函数中，它会调用父对象的相关方法（如 QObjectPrivate::removeChild()），将自己从父对象的 children 列表中移除；显式移除子对象，是为了避免父对象的 children 列表中残留无效指针，从而确保对象树的完整性。

class MyObject : public QObject
{Q_OBJECT
public:QString name; // 对象名称explicit MyObject(QString name, QObject *parent) : name(name), QObject(parent) {}~MyObject(){qDebug() << name << " entering destructor.";if (parent()) {qDebug() << name << " is being removed from parent's children list.";}}
};void CreateObjects()
{MyObject* grandparent = new MyObject(QString("grandparent"));MyObject* parent = new MyObject(QString("parent"), grandparent);MyObject* child = new MyObject(QString("child"), parent);delete grandparent;
}

实际销毁顺序是：child -> parent -> grandparent —— 根据打印信息，child 开始析构时 parent 仍然存在。

3. 对象树的其它作用

在 Qt 中，对象树的核心作用是 简化对象的生命周期管理。通过对象树，开发者无需过多担心内存泄露或悬空指针等问题。

“简化对象的生命周期管理” 在 “工作原理” 部分已经解释过，除此之外，对象树的作用还包括：

3.1 层次化组织对象

​ 在 GUI 应用程序中，对象之间的关系通常是层次化的。例如，一个窗口可能包含多个控件，而每个控件又可能包含子控件。对象树提供了一种自然的方式来组织这些对象之间的关系。

int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();return a.exec();
}

1. Widget 是一个继承自 QWidget 的类，而 QWidget 又继承自 QObject。因此 Widget 对象可以参与到 Qt 的对象树机制中。

2. 代码中 w 是一个在栈上分配的对象。

   如果用户手动关闭窗口（通过点击窗口的关闭按钮 或 调用 w.close()），窗口会被隐藏（调用了 hide() 方法），但 w 本身不会被销毁，因此它的子对象也不会被销毁 —— 栈上分配的对象由 C++ 的作用域管理，只有当作用域结束时（即 main() 函数返回时），w 才会被销毁。

3. 设置 Qt::WA_DeleteOnClose 。

   Qt::WA_DeleteOnClose 是一个窗口属性，用于指示窗口在关闭时自动删除自身。如果设置了该属性，当用户手动关闭窗口时，w 会被销毁，并触发对象树的递归销毁。

   Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
   {ui->setupUi(this);// 设置关闭时自动销毁this->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);
   }
   

3.2 其它作用

• 支持信号与槽机制：

  Qt 的信号与槽机制依赖于对象树来确保对象的生命周期一致性。

  如果一个对象被销毁，Qt 会自动断开与其相关的信号和槽连接；

  这一机制由 QObject 的析构函数触发，确保信号不会发送到已销毁的对象。

• 简化资源管理：

  通过将资源封装成 QObject 的子类，并将其添加到对象树中，可以确保资源在父对象销毁时被正确释放。

  class FileWrapper : public QObject
  {Q_OBJECT
  public:FileWrapper(const QString& path, QObject* parent = nullptr): QObject(parent), file(path){}~FileWrapper(){file.close();}
  private:QFile file;
  };QObject* parent = new QObject();
  FileWrapper* file = new FileWrapper("test.txt", parent);
  

• 提供遍历和查找功能：通过 QObject::children() 方法，可以获取某个对象的所有子类对象。

• 避免重复释放：对象树通过集中管理对象的销毁过程，避免了重复释放的问题。

4. 注意事项

• 避免循环引用：如果两个对象互相设置对方为父对象，会导致循环引用，从而引发内存泄露。

  解决方案： 确保父子关系是单向的。

• 避免跨线程操作：如果父子对象位于不同的线程中，销毁顺序可能会受到线程调度的影响.

  QThread thread;
  QObject* obj = new QObject();
  obj->moveToThread(&thread);
  QObject* child = new QObject(obj);
  

  如果子对象在父对象销毁后仍然被访问（如 调用 child->parent() ），会导致未定义行为。

  解决方案：

  确保父子对象始终位于同一个线程；

  如果需要跨线程操作，可以使用信号与槽机制进行线程间通信，而不是直接操作对象树。

• 避免手动干预销毁：如果手动调用 delete 销毁一个对象，而该对象同时参与对象树，可能会导致重复释放的问题。

  QObject* parent = new QObject();
  QObject* child = new QObject(parent);delete parent; // 自动销毁 child
  delete child;  // 再次销毁 child，重复释放
  

  解决方案：

  让对象树完全管理对象的生命周期，避免手动调用 delete ；

  如果必须手动管理对象，确保不将其添加到对象树中。