Qt之QPointer

QPointer对象的实现如下,其中我们可以看到,QPointer在构造时,模板类型不能是指针(通过c++的偏特化特性来判断是否传入类型为指针)。其次是对象的成员QWeakPointer,QPointer是对QWeakPointer进行封装,使得QWeakPointer比较简单易用。因此,在探寻QPointer为啥能够在QObject析构时,自动置为nullptr,其实底层原理实际在QWeakPointer中实现。

class QPointer
{
    Q_STATIC_ASSERT_X(!std::is_pointer<T>::value, "QPointer's template type must not be a pointer type");
...
    QWeakPointer<QObjectType> wp;
public:
    inline QPointer() { }
    inline QPointer(T *p) : wp(p, true) { }
...
};

QPointer构造一个指针对象时,QWeakPointer调用的构造函数为

inline QWeakPointer(X *ptr, bool) : d(ptr ? Data::getAndRef(ptr) : nullptr), value(ptr)

Data::getAndRef的具体实现如下,获取ptr对象的引用计算,返回弱引用指针:

QtSharedPointer::ExternalRefCountData *QtSharedPointer::ExternalRefCountData::getAndRef(const QObject *obj)
{
    Q_ASSERT(obj);
    QObjectPrivate *d = QObjectPrivate::get(const_cast<QObject *>(obj));
    Q_ASSERT_X(!d->wasDeleted, "QWeakPointer", "Detected QWeakPointer creation in a QObject being deleted");

    ExternalRefCountData *that = d->sharedRefcount.load();
    if (that) {
        that->weakref.ref();
        return that;
    }

    // we can create the refcount data because it doesn't exist
    ExternalRefCountData *x = new ExternalRefCountData(Qt::Uninitialized);
    x->strongref.store(-1);
    x->weakref.store(2);  // the QWeakPointer that called us plus the QObject itself

    ExternalRefCountData *ret;
    if (d->sharedRefcount.testAndSetOrdered(nullptr, x, ret)) {     // ought to be release+acquire; this is acq_rel+acquire
        ret = x;
    } else {
        // ~ExternalRefCountData has a Q_ASSERT, so we use this trick to
        // only execute this if Q_ASSERTs are enabled
        Q_ASSERT((x->weakref.store(0), true));
        delete x;
        ret->weakref.ref();
    }
    return ret;
}

QWeakPointer的默认构造会自动置nullptr,因此,使用QPointer作为成员变量时,不需要额外初始化为nullptr

inline QPointer() { }
inline QWeakPointer() Q_DECL_NOTHROW : d(nullptr), value(nullptr) { }

QSharedPointer中的引用计数对象也是ExternalRefCountData,QObjectPrivate中的ExternalRefCountData和QSharedPointer中记录对象的ExternalRefCountData有一些区别,尽管它们的用途和机制都与引用计数有关。

1. QObjectPrivate::ExternalRefCountData

QObjectPrivate 中的 ExternalRefCountData 是 QObject 用来管理其外部引用计数的结构。QObject 对象的外部引用计数用于管理对象的生命周期,特别是在对象被外部引用时防止其被过早删除。这个引用计数主要与事件循环、信号槽机制以及一些特殊的QObject派生类相关联。
QObjectPrivate 中的 ExternalRefCountData 通过引用计数跟踪外部对该 QObject 的引用。当引用计数为0时,QObject 可以安全地销毁。
这部分机制主要是在Qt的内存管理和QObject生命周期管理中起作用。

2. QSharedPointer::ExternalRefCountData

QSharedPointer 中的 ExternalRefCountData 是智能指针机制的一部分,用于管理指针的引用计数。QSharedPointer 是一个智能指针类,提供了自动的内存管理,通过引用计数来决定对象的删除时间。
当多个 QSharedPointer 指向同一对象时,这个对象的引用计数会增加。只有当最后一个 QSharedPointer 被销毁或者重置时,指向的对象才会被删除。
QSharedPointer::ExternalRefCountData 管理的引用计数不仅仅是对象本身的引用,还包括指向同一对象的所有 QSharedPointer 实例的引用。

QWeakPointer获取所指对象QObjectPrivate的弱引用,对象指针获取和判空时,都会 d->strongref.load()判断所指对象的强引用计数,通过强引用计数来判断对象是否还存在。

 bool isNull() const Q_DECL_NOTHROW { return d == nullptr || d->strongref.load() == 0 || value == nullptr; }
T *data() const Q_DECL_NOTHROW { return d == nullptr || d->strongref.load() == 0 ? nullptr : value; }

那么,QObjectPrivate中的sharedRefcount是怎么维护的呢?
在QObject::~QObject()中,会获取QObjectPrivate中的sharedRefcount,并且设置 sharedRefcount->strongref.store(0)为0,QWeakPointers在跟踪这个对象时,会通过判断strongref为0时来确认该对象是否被销毁,sharedRefcount的实际销毁时机在最后一个weakref.deref()时。

    QtSharedPointer::ExternalRefCountData *sharedRefcount = d->sharedRefcount.load();
    if (sharedRefcount) {
        if (sharedRefcount->strongref.load() > 0) {
            qWarning("QObject: shared QObject was deleted directly. The program is malformed and may crash.");
            // but continue deleting, it's too late to stop anyway
        }

        // indicate to all QWeakPointers that this QObject has now been deleted
        sharedRefcount->strongref.store(0);
        if (!sharedRefcount->weakref.deref())
            delete sharedRefcount;
    }
inline ~QWeakPointer() { if (d && !d->weakref.deref()) delete d; }

因此,sharedRefcount->strongref.store(0),是QWeakPointer判断所指对象是否被销毁的依据,QObjectPrivate的ExternalRefCountData 在Data::getAndRef时被初始化,在QObject::~QObject()时,sharedRefcount->strongref.store(0),标记对象被销毁。通过引用计数的形式,进行对象跟踪。

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