Qt源码分析之QObject

Qt的QObject

1.试验代码：
#include <QApplication>
#include <QtCore>
#include <QtGui>

int main(int argc, char *argv[])
{
 QApplication app(argc, argv);

 int size = sizeof(QObject);

 QPushButton* quit = new QPushButton("Quit");
 delete quit;

 return app.exec();
}

QObject是Qt类体系的唯一基类,就象MFC中的CObject和Dephi中的TObject,是Qt各种功能的源头活水,因此Qt源码分析的第一节就放在这个QObject上
 int size = sizeof(QObject);
QObject的大小是8,除了虚函数表指针需要的4个字节以外,另外的4个字节是:
    QObjectData *d_ptr;
QObject中的数据被封装在QObjectData类中了,为什么要封装数据呢?
原因是Qt中有一个很重要的设计模式就是句柄实体模式,也就是以QObject为基类的类一般都是句柄类,一般只有一个指针指向一个实体类,在实体类中保存全部的数据
而且一般情况下这个指针还是私有的,方便以后修改句柄类的实现细节
因此,也可以说和句柄类继承关系平行的也有一套实体类派生体系,因此,准确的说,Qt的基类其实有两个,一个是QObject,这是句柄类的唯一基类,另一个是QObjectData,这是实体
类的基类

QObjectData类定义如下:
class QObjectData {
public:
    virtual ~QObjectData() = 0;
    QObject *q_ptr;
    QObject *parent;
    QObjectList children;

    uint isWidget : 1;
    uint pendTimer : 1;
    uint blockSig : 1;
    uint wasDeleted : 1;
    uint ownObjectName : 1;
    uint sendChildEvents : 1;
    uint receiveChildEvents : 1;
    uint unused : 25;
    int postedEvents;
#ifdef QT3_SUPPORT
    int postedChildInsertedEvents;
#else
    int reserved;
#endif
};
QObject *q_ptr;
这个指针指向实体类对应的句柄类,这和上面的代码
QObjectData *d_ptr;
遥相呼应,使得句柄类和实体类可以双向的引用,为什么是这样的命名方式呢?可能q指的是Qt接口类,d指的是Data数据类,这当然是猜测了,但是或许可以方便你记忆,在Qt中,
这两个指针名字是非常重要的,必须记住

但是仅仅如此还是不容易使用这两个指针,因为它们都是基类的类型,难道每次使用都要类型转换吗?为了简单起见,Qt在这里声明了两个宏

#define Q_DECLARE_PRIVATE(Class) \
    inline Class##Private* d_func() { return reinterpret_cast<Class##Private *>(d_ptr); } \
    inline const Class##Private* d_func() const { return reinterpret_cast<const Class##Private *>(d_ptr); } \
    friend class Class##Private;

#define Q_DECLARE_PUBLIC(Class) \
    inline Class* q_func() { return static_cast<Class *>(q_ptr); } \
    inline const Class* q_func() const { return static_cast<const Class *>(q_ptr); } \
    friend class Class;
只要在类的头文件中使用这两个宏,就可以通过函数直接得到实体类和句柄类的实际类型了,而且这里还声明了友元,使得数据类和句柄类连访问权限也不用顾忌了

而且为了cpp文件中调用的方便,更是直接声明了以下两个宏
#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()
#define Q_Q(Class) Class * const q = q_func()
好了,使用起来倒是方便了,但是以后局部变量可千万不能声明为d和q了

这里的d_func和q_func函数是非常常用的函数,可以理解为一个是得到数据类,一个是得到Qt接口类

QObject *parent;
这里指向QObject的父类
QObjectList children;
这里指向QObject相关的子类列表
这确实是个大胆的设计,如果系统中产生了1000000个QObject实例(对于大的系统,这个数字很容易达到吧),每个QObject子类平均下来是100(这个数字可能大了),
光这些指针的开销就有1000000*100*4=400M,是够恐怖的,如果我们必须在灵活性和运行开销之间做一个选择的话,无疑Qt选择了前者,对此我也很难评论其中的优劣,
还是祈求越来越强的硬件水平和Qt这么多年来得到的赫赫威名保佑我们根本就没有这个问题吧,呵呵
总之,Qt确实在内存中保存了所有类实例的树型结构

    uint isWidget : 1;
    uint pendTimer : 1;
    uint blockSig : 1;
    uint wasDeleted : 1;
    uint ownObjectName : 1;
    uint sendChildEvents : 1;
    uint receiveChildEvents : 1;
    uint unused : 25;
这些代码就简单了,主要是一些标记位,为了节省内存开销,这里采用了位域的语法,还保留了25位为unused,留做以后的扩充
#ifdef QT3_SUPPORT
    int postedChildInsertedEvents;
#else
    int reserved;
#endif
这里或许是为了兼容Qt3下序列化的数据吧,即使没有定义QT3_SUPPORT,还是保留了一个数据reserved,以保证整个QObjectData的大小不变

具体看一个例子吧,对这种句柄实体模式加深认识,这就是Qt中的按钮类QPushButton
QPushButton的句柄类派生关系是:
QObject
 QWidget
  QAbstractButton
   QPushButton
  
QPushButton的实体类派生关系是:
QObjectData
 QObjectPrivate
  QWidgetPrivate
   QAbstractButtonPrivate
    QPushButtonPrivate

可以看出,这里确实是一个平行体系,只不过实体类派生关系中多了一个QObjectPrivate,这个类封装了线程处理,信号和槽机制等具体的实现,可以说它才是Qt实体类中
真正起作用的基类,而QObjectData不过是一层浅浅的数据封装而已

先不忙了解QObjectPrivate类中的接口和实现,我们先看看在Qt中,句柄类和实体类这两条体系是如何构造的?
 QPushButton* quit = new QPushButton("Quit");
创建一个Qt的按钮,简简单单一行代码,其实背后大有玄机
QPushButton::QPushButton(const QString &text, QWidget *parent)
    : QAbstractButton(*new QPushButtonPrivate, parent)
首先QPushButton的构造函数中调用了QAbstractButton的构造函数,同时马上new出来一个QPushButtonPrivate实体类,然后把指针转换为引用传递给QAbstractButton

QAbstractButton::QAbstractButton(QAbstractButtonPrivate &dd, QWidget *parent)
    : QWidget(dd, parent, 0)
QAbstractButton的构造函数中继续调用基类QWidget的构造函数,同时把QPushButtonPrivate实体类指针继续传给基类

QWidget::QWidget(QWidgetPrivate &dd, QWidget* parent, Qt::WFlags f)
    : QObject(dd, ((parent && (parent->windowType() == Qt::Desktop)) ? 0 : parent)), QPaintDevice()
QWidget继续坐着同样的事情

QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent)
    : d_ptr(&dd)
终于到了基类QObject,这里就直接把QPushButtonPrivate的指针赋值给了d_ptr(还记得这个变量名称吧)

最终在QPushButton构造时同时产生的new QPushButtonPrivate被写到了QObject中的d_ptr中

QObject::QObject(QObjectPrivate &dd, QObject *parent)
    : d_ptr(&dd)
{
    Q_D(QObject);
    ::qt_addObject(d_ptr->q_ptr = this);
    QThread *currentThread = QThread::currentThread();
    d->thread = currentThread ? QThreadData::get(currentThread)->id : -1;
    Q_ASSERT_X(!parent || parent->d_func()->thread == d->thread, "QObject::QObject()",
               "Cannot create children for a parent that is in a different thread.");
    if (parent && parent->d_func()->thread != d->thread)
        parent = 0;
    if (d->isWidget) {
        if (parent) {
            d->parent = parent;
            d->parent->d_func()->children.append(this);
        }
        // no events sent here, this is done at the end of the QWidget constructor
    } else {
        setParent(parent);
    }
}
然后执行QObject的构造函数,这里主要是一些线程的处理,先不理它

QWidget::QWidget(QWidgetPrivate &dd, QWidget* parent, Qt::WFlags f)
    : QObject(dd, ((parent && (parent->windowType() == Qt::Desktop)) ? 0 : parent)), QPaintDevice()
{
    d_func()->init((parent && parent->windowType() == Qt::Desktop ? parent : 0), f);
}
然后是QWidget的构造函数,这里调用了数据类QWidgetPrivate的init函数,这个函数不是虚函数,因此静态解析成QWidgetPrivate的init函数调用

QAbstractButton::QAbstractButton(QAbstractButtonPrivate &dd, QWidget *parent)
    : QWidget(dd, parent, 0)
{
    Q_D(QAbstractButton);
    d->init();
}
然后是QAbstractButton的构造函数,这里调用了数据类QAbstractButton的init函数,这个函数不是虚函数,因此静态解析成QAbstractButton的init函数调用

QPushButton::QPushButton(const QString &text, QWidget *parent)
    : QAbstractButton(*new QPushButtonPrivate, parent)
{
    Q_D(QPushButton);
    d->init();
    setText(text);
}
然后是QPushButton的构造函数,这里调用了数据类QPushButton的init函数,这个函数不是虚函数,因此静态解析成QPushButton的init函数调用

现在的事情很清楚了,总结一下:
QPushButton在构造的时候同时生成了QPushButtonPrivate指针,QPushButtonPrivate创建时依次调用数据类基类的构造函数
QPushButton的构造函数中显示的调用了基类的构造函数并把QPushButtonPrivate指针传递过去,QPushButton创建时依次调用接口类基类的构造函数
在接口类的构造函数中调用了平行数据类的init函数,因为这个函数不是虚函数,因此就就是此次调用了数据类的init函数

需要指出的是,为什么QPushButtonPrivate实体类指针要转换为引用呢?为什么不是直接传递指针?结论是人家喜欢这样写,就是不传指针传引用,而且要用一个*new之类的怪异语法,
真叫人没有办法,其实这里用指针是一样的,代码看起来也自然一些.

 delete quit;
说完了构造,再说说析构

QPushButton::~QPushButton()
{
}
这里当然会调用QPushButton的析构函数了

 QAbstractButton::~QAbstractButton()
{
#ifndef QT_NO_BUTTONGROUP
    Q_D(QAbstractButton);
    if (d->group)
        d->group->removeButton(this);
#endif
}
然后是QAbstractButton的析构函数

QWidget::~QWidget()
{
    Q_D(QWidget);
...
}
然后是QWidget的析构函数,这里洋洋洒洒一大堆代码,先不管它

QObject::~QObject()
{
...
}
最后是QObject的析构函数,这里也是洋洋洒洒的一大堆
    Q_D(QObject);
    if (d->wasDeleted) {
#if defined(QT_DEBUG)
        qWarning("Double QObject deletion detected");
#endif
        return;
    }
    d->wasDeleted = true;
这些没有什么好说的,就是设一个wasDeleted的标志,防止再被引用,对于单线程情况下,马上就要被删除了,还搞什么标记啊,根本没用,但是对于多线程情况下,这个标记应该是有用的

    // set all QPointers for this object to zero
    GuardHash *hash = ::guardHash();
    if (hash) {
        QWriteLocker locker(guardHashLock());
        GuardHash::iterator it = hash->find(this);
        const GuardHash::iterator end = hash->end();
        while (it.key() == this && it != end) {
            *it.value() = 0;
            it = hash->erase(it);
        }
    }
这里是支持QPointers的实现代码,我们以后再说

    emit destroyed(this);
Qt的一个指针删除时要发送destroyed信号,一般情况下是没有槽来响应的

    QConnectionList *list = ::connectionList();
    if (list) {
        QWriteLocker locker(&list->lock);
        list->remove(this);
    }
这里清除了信号槽机制中的记录

    if (d->pendTimer) {
        // have pending timers
        QThread *thr = thread();
        if (thr || d->thread == 0) {
            // don't unregister timers in the wrong thread
            QAbstractEventDispatcher *eventDispatcher = QAbstractEventDispatcher::instance(thr);
            if (eventDispatcher)
                eventDispatcher->unregisterTimers(this);
        }
    }
这里清除定时器

    d->eventFilters.clear();
这里清除事件过滤机制

    // delete children objects
    if (!d->children.isEmpty()) {
        qDeleteAll(d->children);
        d->children.clear();
    }
这里清除所有子类指针,当然每个子类指针清除时又会清除它的所有子类,因此Qt中new出来的指针很少有显示对应的delete,因为只要最上面的指针被框架删除了,
它所连带的所有子类都被自动删除了

    {
        QWriteLocker locker(QObjectPrivate::readWriteLock());
        ::qt_removeObject(this);

        /*
          theoretically, we cannot check d->postedEvents without
          holding the postEventList.mutex for the object's thread,
          but since we hold the QObjectPrivate::readWriteLock(),
          nothing can go into QCoreApplication::postEvent(), which
          effectively means noone can post new events, which is what
          we are trying to prevent. this means we can safely check
          d->postedEvents, since we are fairly sure it will not
          change (it could, but only by decreasing, i.e. removing
          posted events from a differebnt thread)
        */
        if (d->postedEvents > 0)
            QCoreApplication::removePostedEvents(this);
    }

    if (d->parent)        // remove it from parent object
        d->setParent_helper(0);

    delete d;
    d_ptr = 0;
这里要删除相关的数据类指针了

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