全面解析QSharedPointer

一、QSharedPointer的概述

QSharedPointer是Qt提供的一個用於管理動態分配的內存的類。他使用引用計數的方式管理內存，以便在沒有被使用時自動釋放內存，避免了內存泄漏問題。同時，QSharedPointer還提供了可擴展的保護性措施，使得我們能夠保護對象免受不正確或意外的讀寫行為的影響。

下面是一個簡單的QSharedPointer使用示例：

QSharedPointer<QString> ptr(new QString("Hello World"));

這裡我們使用QSharedPointer來管理一個QString對象。在這個示例中，QString對象的引用計數為1，它將在QSharedPointer被銷毀時被自動釋放。

二、QSharedPointer的使用

1. 修改引用計數

QSharedPointer提供了兩個成員函數來修改其所管理的對象的引用計數，它們分別是：增加引用計數的addRef()和減少引用計數的release()。下面是一個使用示例：

QSharedPointer<QString> ptr(new QString("Hello World"));
QSharedPointer<QString> ptr2 = ptr;
qDebug() << ptr.use_count();  // 輸出2
ptr2.release();
qDebug() << ptr.use_count();  // 輸出1

在這個示例中，我們創建了一個QString對象，並使用QSharedPointer將其進行管理。之後，我們將ptr賦值給ptr2，使得QString對象的引用計數增加到了2。然後，我們調用了ptr2的release()函數將其指向的QString對象的引用計數減一。最後，我們通過ptr.use_count()函數輸出了QString對象的引用計數，結果為1。

2. 擴展保護性措施

當QSharedPointer對象管理的指針被delete時，QSharedPointer可以通過調用一個我們指定的析構函數來執行任意自定義代碼。這意味著我們可以以一種安全的方式擴展保護性措施，以避免意外的讀寫行為。下面是一個使用示例：

class Person {
public:
    Person() {
        qDebug() << "Person constructed!";
    }
    ~Person() {
        qDebug() << "Person destroyed!";
    }
};

void safeDelete(Person* ptr) {
    if (ptr != nullptr) {
        delete ptr;
        qDebug() << "Person deleted safely!";
    }
}

QSharedPointer<Person> ptr(new Person(), safeDelete);

在這個示例中，我們傳遞了一個自定義函數safeDelete作為第二個參數給QSharedPointer構造函數。這個函數將在QString對象被釋放時被調用，以執行任意自定義代碼。通過這種方式，我們可以擴展保護性措施，以避免意外的讀寫行為。

3. 對象類型轉換

QSharedPointer提供了一些方便的方法來支持從一個類型轉換為另一個類型，這些方法包括：staticCast()、dynamicCast()、constCast() 和 qSharedPointerCast()。

下面是一個使用示例：

class Animal {
public:
    virtual ~Animal() {}
};

class Dog : public Animal {};

QSharedPointer<Dog> dog(new Dog());
QSharedPointer<Animal> animal = QSharedPointer<Animal>::dynamicCast(dog);

在這個示例中，我們創建了一個Dog對象，並使用QSharedPointer將其進行管理。之後，我們調用了dynamicCast()函數來將dog對象的類型轉換為Animal類型。這使得我們可以在Animal和Dog之間進行自由轉換，而無需擔心內存管理問題。

三、QSharedPointer的注意事項

1. 避免循環引用

由於QSharedPointer使用引用計數來管理內存，因此應該避免出現循環引用的情況。循環引用將導致對象永遠無法被釋放，從而造成內存泄漏。

下面是一個不當使用QSharedPointer引起循環引用的示例：

class Foo {
public:
    QSharedPointer<Foo> m_bar;
};

QSharedPointer<Foo> foo(new Foo);
foo->m_bar = foo;

在這個示例中，我們創建了一個Foo對象，並將其自身賦值給了m_bar成員變數。這樣，Foo對象的引用計數永遠不會降為0，導致內存泄漏。

2. 注意虛構順序

QSharedPointer使用一個靜態成員函數來刪除被引用的對象，因此虛構的順序非常重要。如果QSharedPointer析構函數中刪除被管理對象後，還有其他成員變數需要訪問被刪除的對象，可能會導致意外行為。

下面是一個虛構順序導致的問題示例：

class Foo {
public:
    ~Foo() {
        qDebug() << m_bar->getMessage();
    }
    QSharedPointer<Bar> m_bar;
};

class Bar {
public:
    QString getMessage() {
        return "Hello World!";
    }
};

QSharedPointer<Foo> foo(new Foo());
foo->m_bar.reset(new Bar());

在這個示例中，我們創建了一個Foo對象，並在其析構函數中嘗試輸出m_bar所指向的Bar對象中的消息。由於QSharedPointer析構函數是靜態的，Bar對象在被刪除後，Foo的析構函數將無法訪問Bar對象的getMessage()函數，最終導致程序崩潰。

3. 慎用reset()函數

在使用QSharedPointer時，我們應該注意慎用reset()函數。reset()函數會釋放QSharedPointer當前所管理的對象，並重新指定一個新的對象。如果我們在reset()函數中指定了原先被管理對象的指針，可能會導致內存泄漏。

下面是一個慎用reset()函數的示例：

QSharedPointer<QString> ptr(new QString("Hello World"));
ptr.reset(new QString("Hello Again"), [](QString* ptr) {
    qDebug() << "Deleting String...";
    delete ptr;
});

在這個示例中，我們首先使用QSharedPointer創建一個QString對象，並在其構造函數中指定一個刪除器來在對象被釋放時輸出相關消息。之後，我們調用了reset()函數來替換被管理的對象。在reset()函數中，我們指定了一個新的QString對象，並指定原對象的刪除器。這樣一來，在第一次調用QString對象的刪除器時，我們將輸出兩次刪除相關的消息，造成不必要的困擾。

四、QSharedPointer的優缺點

1. 優點

使用QSharedPointer可以有效地避免內存泄漏問題，因為對象在沒有被使用時將自動釋放。

QSharedPointer還支持自定義析構函數來實現對對象的保護性措施，使得我們可以避免不正確或意外的讀寫行為。同時，QSharedPointer還提供了方便的類型轉換和修改引用計數的函數。

2. 缺點

QSharedPointer的缺點是性能問題。因為它使用引用計數來管理內存，所以它必須在每次增加或減少引用計數時進行原子計數操作。雖然這些操作通常是很快的，但在某些情況下可能會成為程序的瓶頸。

五、總結

QSharedPointer是Qt提供的一個用於管理動態分配的內存的類，它使用引用計數的方式管理內存，以便在沒有被使用時自動釋放內存，避免了內存泄漏問題。同時，QSharedPointer還提供了可擴展的保護性措施和方便的類型轉換和修改引用計數的函數。我們在使用QSharedPointer時，應該避免循環引用，注意虛構順序和慎用reset()函數。雖然QSharedPointer有一些性能問題，但是由於其優秀的功能和安全性，它仍然是一個非常有價值的工具。

原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/271047.html