前言

內存管理，是對軟件中內存資源的分配與釋放進行有效管理的方法和理論。

眾所周知，內存管理是軟件開發的一個重要的內容。軟件規模越大，內存管理可能出現的問題越多。如果像C語言一樣手動地管理內存，一會給開發人員帶來巨大的負擔，二是手動管理內存的可靠性較差。

Qt為軟件開發人員提供了一套內存管理機制，用以替代手動內存管理。

下面開始逐條講述Qt中的內存管理機制。

一脈相承的棧與堆的內存管理

了解C語言的同學都知道，C語言中的內存分配有兩種形式：棧內存、堆內存。

棧內存

棧內存的管理是由編譯器來做的，棧上申請的內存變量，生存期由所在作用域決定，超出作用域的棧內存變量會被編譯器自動釋放。

值得一提的是，作用域的顯著標志是一對大括號，大括號內部即為作用域內部，大括號外部即為作用域外部。

參考下列代碼：

int main() {int a = 0;return 1; }

變量a在棧內存上，main函數返回時，作用域結束，a的內存自動被釋放。

從以上描述也可以看出，棧內存的使用是在編譯器嚴密監管之下進行的，遵循嚴格的作用域規則，所以棧內存的大小、申請時機、釋放時機都能在編譯的時候確定。

堆內存

堆內存是另外一種管理方式。堆內存最大的特點是可以動態分配，即在運行時可以根據需要進行申請。當然隨之而來的弊端也顯而易見：需要開發人員對堆內存的釋放進行嚴格管理，稍有疏漏會導致內存泄漏，甚至軟件崩潰等問題。

參考下列代碼：

int main() {// 申請堆內存int *intArray = (int *)malloc(100);// 使用堆內存...// 釋放堆內存free(intArray);return 1; }

如上述代碼，堆內存分配的寫法區別于棧內存。C語言中，堆內存使用malloc分配，使用free釋放。C++中可以使用new分配，使用delete釋放。

至此，我們介紹了C語言中的內存管理方式。我們知道Qt是C++的框架，C++是對C語言的擴展，所以C語言中的內存管理方式（堆、棧）和動態內存管理（堆內存釋放問題）存在的問題，在C++中仍然存在。所以Qt中自然而然也有相同的問題。說起來可能有點亂，下面用一張圖來說明它們的關系：

那么，Qt是如何為我們解決動態內存管理問題的呢？下面開始正式講解。

使用對象父子關系進行內存管理

使用對象父子關系進行內存管理的原理，簡述為：

在創建類的對象時，為對象指定父對象指針。當父對象在某一時刻被銷毀釋放時，父對象會先遍歷其所有的子對象，并逐個將子對象銷毀釋放。

為了直觀理解上述過程，以如下代碼為例進行說明：

#include <QApplication> #include <QLabel>int main(int argc, char *argv[]) {QApplication a(argc, argv);// 創建主窗口QWidget mainWidget;mainWidget.resize(400, 300);// 創建文字標簽QLabel *label = new QLabel("Hello World!", &mainWidget);// 顯示主窗口mainWidget.show();return a.exec(); }

運行結果如下：

上述代碼中，mainWidget為主窗口對象，類型為QWidget；label為子窗口對象，類型為QLabel *。

注意代碼第13行，在創建label文本標簽窗口對象時，new QLabel的第二個參數即為父對象地址（參考Qt Assistant中QLabel的說明文檔），這里給的值是主窗口的地址。

在main函數退出時，mainWidget超出main函數作用域會析構，析構時會自動刪除label窗口對象，所以這里，我們不需要再寫一行：delete label; 來釋放label的內存，很方便而且又能節省時間精力。

使用引用計數對內存進行管理

引用計數

引用計數可以說是軟件開發人員必知必會的知識點，它在內存管理領域的地位是數一數二的。

引用計數的原理，還是力所能及地用最簡單的話來描述：

引用計數需要從三個方面來全面理解：

使用場景：一個資源，多處使用（使用即引用）。

問題：到底誰來釋放資源。

原理：使用一個整形變量來統計，此資源在多少個地方被使用，此變量稱為引用計數。當某處使用完資源以后，將引用計數減1。當引用計數為0時，即沒有任何地方再使用此資源時，真正釋放此資源。這里的資源，在動態內存管理中就是指堆內存。

用一句話描述就是：誰最后使用資源，誰負責釋放資源。

我們很容易聯想到現實中的例子，就是日常生活中的刷碗問題的解決方案，即誰最后吃完誰刷碗。

需要說明的是，引用計數不僅僅是在內存管理中使用，它是一個通用的機制，凡是涉及到資源管理的問題，都可以考慮使用引用計數。

下面將要介紹基于引用計數原理的兩種衍生的機制：顯式共享和隱式共享。

顯式共享

顯式共享，是僅僅使用引用計數控制資源的生命周期的一種共享管理機制。這種機制下，無論資源在何處被引用，自始至終所有引用指向資源都是同一個。

之所以叫顯式共享，是因為這種共享方式很直接，沒有隱含的操作，如：Copy on Write寫時拷貝（見隱式共享的相關說明）。如果想要拷貝并建立新的引用計數，必須手動調用detach()函數。

從使用者的角度看，從頭到尾資源只有一份，一個地方修改了，另一個地方就能讀取到修改后的資源。

**相關Qt類：**QExplicitlySharedDataPointer，更加深入的用法和編碼，需要參考Qt文檔中的相關說明及Demo。

隱式共享

隱式共享，也是一種基于引用計數的控制資源的生命周期的共享管理機制。

隱式共享，對不同的操作有不同的處理：

• 讀取時，在所有引用的地方使用同一個資源；

• 在寫入、修改時自動復制一份資源出來做修改，自動脫離原始的引用計數，因為是新的資源，所以要建立新的引用計數。這種操作叫Copy on Write寫時復制技術，是自動隱含進行的。

從使用者的角度看，每個使用者都像是擁有獨立的一份資源。在一個地方修改，修改的只是原始資源的拷貝，不會影響原始資源的內容，自然就不會影響到其他使用者。所以這種共享方式稱為隱式共享。

相關Qt類有QString、QByteArray、QImage、QList、QMap、QHash等。

推薦閱讀：Qt文檔中的Implicit Sharing專題。

智能指針

智能指針是對C/C++指針的擴展，同樣基于引用計數。

智能指針和顯示共享和隱式共享有何區別？它們區別是：智能指針是輕量級的引用計數，它將顯式共享、隱式共享中的引用計數實現部分單獨提取了出來，制作成模板類，形成了多種特性各異的指針。

例如，QString除了實現引用計數，還實現了字符串相關的豐富的操作接口。QList也實現了引用計數，還實現了列表這種數據結構的各種操作。可以說，顯式共享和隱式共享一般是封裝在功能類中的，不需要開發者來管理。

智能指針將引用計數功能剝離出來，為Qt開發者提供了便捷的引用計數基礎設施。

強（智能）指針

Qt中的強指針實現類是：QSharedPointer，此類是模板類，可以指向多種類型的數據，主要用來管理堆內存。關于QSharedPointer在Qt Assistant中有詳細描述。

它的原理和顯式共享一樣：最后使用的地方負責釋放刪除資源，如類對象、內存塊。

強指針中的“強”，是指每多一個使用者，引用計數都會老老實實地**+1**。而弱指針就不同，下面就接著講解弱指針。

弱（智能）指針

Qt中的弱指針實現類是QWeakPointer，此類亦為模板類，可以指向多種類型的數據，同樣主要用來管理堆內存。關于QWeakPointer在Qt Assistant中有詳細描述。

弱指針只能從強指針QSharedPointer轉化而來，獲取弱指針，不增加引用計數，它只是一個強指針的觀察者，觀察而不干預。只要強指針存在，弱指針也可以轉換成強指針。可見弱指針和強指針是一對形影不離的組合，通常結合起來使用。

局部指針

局部指針，是一種超出作用域自動刪除、釋放堆內存、對象的工具。它結合了棧內存管理和堆內存管理的優點。

Qt中的實現類有：QScopedPointer，QScopedArrayPointer，具體可以參考Qt Assistant。

觀察者指針

上面說弱指針的時候，講到過觀察者。觀察者是指僅僅做查詢作用的指針，不會影響到引用計數。

Qt中的觀察者指針是QPointer，它必須指向QObject的子類對象，才能對對象生命周期進行觀察。因為只有QObject子類才會在析構的時候通知QPointer已失效。

QPointer是防止懸掛指針（即野指針）的有效手段，因為所指對象一旦被刪除，QPointer會自動置空，在使用時，判斷指針是否為空即可，不為空說明對象可以使用，不會產生內存訪問錯誤的問題。

總結

本篇文章講解了Qt中的各種內存管理機制，算是做了一個比較全面的描述。

之所以說是必讀，是因為筆者在工作中發現，內存管理確實非常重要。Qt內存管理機制是貫穿整個Qt中所有類的核心線索之一，搞懂了內存管理

• 能在腦海中形成內存中對象的布局圖，寫代碼的時候才能下筆如有神，管理起項目中眾多的對象才能游刃有余，提高開發效率；
• 能夠減少bug的產生。有經驗的開發者應該知道，內存問題很難調試定位到具體的位置，往往導致奇怪的bug出現。
• 能夠幫助理解Qt眾多類的底層不變的邏輯，學起來更容易。

本文只是對Qt中內存管理進行了梳理，無法涵蓋很多細節問題，讀者需要花一些時間去詳細閱讀Qt助手文檔，最好是寫幾個demo測試驗證。花時間是值得的，因為技術是日新月異的，但是核心的原理變化是不大的。Qt中的內存管理思想和方法，在很多語言、框架中（Python、Objective C、JavaScript等等）都有類似的應用。

值得一提的是，之所以Qt中具有各種各樣的內存管理方式，是因為它能夠減輕開發者的負擔，更加專注于業務代碼的實現，而不是被內存問題折騰的焦頭爛額。不使用Qt中的內存管理，只用C的手動內存管理仍然可以寫可以運行的代碼！前提是不考慮成本問題，并假設開發者在內存問題上不會犯錯。總之一句話，不要對立各種技術，每種技術都有適用的場景，拋開場景談方法都是不理智的。

后面會根據需要專門講解一些細節問題，敬請關注！

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本文首發自公眾號“Qt未來工程師”，歡迎關注。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【精华】详解Qt中的内存管理机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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