解读 Qt “对象树”和“界面结构树”的底层逻辑

刚开始尝试编写 Qt 代码时，我们会遇到这样一类问题：创建好了一个 menu，也把 parent 设为了 menuBar 但却显示不出来；创建好了一个 action，也把 parent 设为了 menu 也显示不出来，后来发现还必须调用 QMenuBar::addMenu() 把新建的 menu 添加给 menuBar 以及调用 QMenu::addAction() 把新建的 action 添加给 menu 才能在界面上看到它们。于是，这就引出了我们的问题：为什么设置了 parent 却没有实现我们想要的“添加”效果，还要再另外调用 add 方法？现然两个方法肯定做了不一样的事，在 Qt 里是怎么定义：“子设置父”和“父添加子”这两种行为的？是否分别赋予了不同的含义？这个问题涉及到的 Qt 中的两个重要概念，一个是“对象树”，另一个没有一致的称谓，本文使用“界面结构树”指代，后文会详细解释。

在我们展开讨论前，我觉得有必要给有经验的程序员提一个醒：我们知道，在所有具有层级关系的数据结构中，关联“父子关系”都有两个独立动作：1) 子对象设置 parent；2) 父对象添加 child，一套数据结构的设计者可以选择在“子对象设置 parent 时同步调用 parent 的 addChild() 方法完成双向关联”，也可以选择在“父对象添加 child 时同步调用 child 的 setParent() 方法完成双向关联”，或者什么都不做，让用户自己维护是否需要建立双向关联关系。

但是，在 Qt 里情况完全不同，Qt 的所有控件确实都有 setParent() 方法，部分的容器型控件和布局也有 addXxx() 方法，但是这两套方法和树形数据结构中所谓的“建立父子双向关联”不能说没有一点关系没有，但关系确实不大。笼统地说：Qt 依靠设置父控件（setParent() 方法）建立“对象树”，依靠添加子控件（addXxx() 方法）建立“界面结构树”，这是两条相对独立的逻辑线但在一些地方又会有交叉，比如：在某些容器型控件添加子控件时会自动调用 setParent() 方法把子控件的 parent 设为自己，而 Layout 和另外一些容器型控件（如 QButtonGroup）则不会，再比如有的控件仅需 setParent 即可，而有的需要在 setParent 的同时还要其父控件主动 add 它，否则控件将不可见。所有这些情形，我们都会在本文逐一讨论。

1. 明确概念

❏ 界面结构树

UI 界面上各种控件因布局（自上到下的排布关系）会天然地形成一种“树形结构”，这种“树型结构”是一种视觉上的，逻辑上的，虽然 Qt 官方没有给这种树形结构起一个专属名称，但它是“确确实实”存在的，主要体现在“我们需要显式地调用某种 add 方法将视觉上（逻辑上）具有上下级关系的布局、控件装配在一起”，具体到代码层面就是指容器类控件和布局的 addXxx() 子控件方法，例如：QLayout::addWidget()、QMenuBar::addMenu()、QMenu::addAction() 等。由于没有找到一种广泛使用的称谓，本文我们暂且把这种树形结构称为“界面结构树”。在《手把手带你写 Qt 应用主窗体》一文中，我们绘制了一个典型窗体应用的界面结构树，这里引用一下作为一个示例：

QMainWindow ( mainWindow )
├── QMenuBar ( menuBar )
│ └── QMenu ( menuFile )
│ └── QAction ( actionOpen )
├── QToolBar ( toolBar )
│ └── QAction ( actionOpen )
├── QWidget ( centralWidget )
│ └── QVBoxLayout ( verticalLayout )
│ └── QTextEdit ( textEdit )
└── QStatusBar ( statusBar )

❏ 对象树

不同于界面结构树，Qt 中的“对象树”是一个非常明确的概念，也是官方给出的命名。在 Qt 中所有的 QObject（当然包括所有控件）都有一个 parent（父 QObject），在创建时或通过 setParent() 方法指定，通过这种关联方式可以把 UI 上的所有控件组织成一种树状的层级结构，被称为“对象树”。Qt 设计这种“树状结构”的主要动机是：依靠自上而下的层级结构来管理控件的“内存”和“生命周期”，简单地说就是：父控件会维持一个 children 控件列表，当父控件被销毁时会自动销毁其所有子控件，并释放内存。在《手把手带你写 Qt 应用主窗体》一文中，我们绘制了一个典型窗体应用的对象树，和前面的界面结构树是相对应的：

QMainWindow ( mainWindow )
├── QMenuBar ( menuBar )
│ └── QMenu ( menuFile )
├── QToolBar ( toolBar )
├── QAction ( actionOpen )
├── QWidget ( centralWidget )
│ └── QTextEdit ( textEdit )
└── QStatusBar ( statusBar )

通过和前面的界面结构树作对比可以看出至少有点不同：1) 布局是不会在对象树中存在的（布局实质上是一种算法，不像控件那样占据内存还有生命周期）；2) action 在对象树中的 parent 是主窗体，而不是 menu 或 toolBar )

2. 底层逻辑

尽管从概念上看界面结构树和对象树很相似，似乎分辨不出太大的差异，但是如果从 API 上看，它们是有本质区别的。对象树的组织逻辑是：如果 B 控件依赖于 A 控件而存在，当 A 被销毁时，B 绝不应该单独存在，则 A、B 之间是对象树中的父子关系”；而界面结构树的组织逻辑是：如果在视觉上(或逻辑上） B 控件从属于 A 控件且必须依赖 A 控件才能正常展示（例如必须根据 A 的大小和位置才能计算出 B 应该的大小和位置，或者是要继承 A 的可见性配置（父控件隐藏 → 子控件也会隐藏）），则 A、B 之间是界面结构树中的父子关系。

在上述的描述中，你应该可以敏锐地觉察到：界面结构树和对象树的“底层组织逻辑”是不一样的，前者关注的是控件在可视层面上的“联动”关系（父控件会影响子控件的显示，必须添加它进行统筹管理），后者关注的是控件的生命周期，与控件展示逻辑关联很小，这就决定了它们并不总是一致的！

否则在 Qt 中就不会出现 addXxx() 和 setParent() 两套 API 了，因为如果它们总是一致的，使用其中一套 API 就可以建立起树状结构。更不妙的是：虽然是两套 API，但它们又不是完全切割的，在某些情况下又会有“交叉”，这是我学习 Qt 过程中体会到一个比较明显的问题， Qt 的在一些方面的设计真得不好，大面上的原则说要“隔离”，但某些细节又会“犯规”，打自己的脸。

3. 不一致的情形

承接前文，既然界面结构树和对象树的“底层组织逻辑”不一样，则必然会出现各种“不一致”的情形，但是这些情形并不是某一种单一维度下的，而是多种维度交叉起来的，所以你可能会觉得它们之间的条理性不太好，主要原因是这两种树在理论上是独立的，但是构建它们的 API：addXxx() 和 setParent() 在某些情况下会有耦合，再加上有一些“不一致”本就是应该的，所以会有一些复杂。

3.1 加入界面结构树和对象树，但父对象不一致 ➩ 本就应该的正确配置

这是最能体现界面结构树和对象树差异的一种情形，是正常情形。示例一：在设置 QAction 的 parent 时，一般会设置为父窗体，而不是一个 QMenu 或 QToolBar，因为一个 QAction 可以同时存在于多个菜单或工具栏中，属于“全局共有”的一类组件（个人认为 QAtion 的设计也不是一个能经得起严格推敲的例证，严格来说 QMenu 下面应该再设计一个 QMenuItem 负责 UI 层面的逻辑封装，同理，QToolBar 下面也应该有一个 QToolButton，然后让它们两个关联同一个 QAction，这样才算是把 QAction 解放出来，变成游离于控件之外的受父窗体管理的控件）；示例二： QRadioButton 的 parent 通常也是设置为父窗体而不是 QButtonGroup，因为 QButtonGroup 只管理单选按钮间的“互斥逻辑”，不负责管理它们的生命周期。

3.2 加入界面结构树时被自动加入对象树 ➩ 部分容器控件的典型操作

对于不少容器类型的控件来说，它们在使用 addXxx() 添加界面结构树上的子控件时，往往会同时调用子控件的 setParent() 方法，把自己设为其子控件的 parent，也就是同时完成了对象树部分的构建工作。典型的例子是：QMenuBar::addMenu() 和 QMenu::addAction()，所以通常添加一个 menu 的方法是直接在 menuBar 上调用 addMenu()：

QMenu* fileMenu = menuBar()->addMenu(tr("&File"));

而不是 new 一个出来再设置 parent。上述 add 方法非常高效，做了好几个动作：

addXxx()
├── setParent()
├── 加入内部数据结构
├── 建立信号
├── 触发布局
└── 更新UI

下表汇总典型的容器型控件或布局是否会在addXxx() 时自动设置子控件的 parent：

3.3 加入对象树但未加入界面结构树 ➩ 控件不可见

文章开始列举的 menu 和 menuBar 以及 action 和 menu 两个例子就是这种情况，属于未正确配置的案例。以下这些“容器型”控件，都需要明确使用 addXxx() 将子控件加入界面结构树（单独让子控件 setParent() 不会另其被显示 ）：

此外，肯定还有其他一些情况，但不够典型，我们不再单独研究。