一种航管训练系统开发中Qt程序内存使用静态检查方法

摘要

本发明公开了一种航管训练系统开发中Qt程序内存使用静态检查方法。在航管训练系统中运行一个Qt程序内存使用的静态检查程序，运行时将被检查的代码所在的目录作为运行参数。检测在5个模块中进行：遍历工程目录和子目录下的所有.cpp和.h文件，全路径保存为string类型存放到cpp_file中；按行读取文件每行信息，解析new和delete语句，得到Qt控件对象的创建信息和所有对象的删除信息；解析得到的Qt对象的创建信息存放在newOBJMap中，删除信息存放在deleteOBJMap中；遍历newOBJMap中的每个元素，在deleteOBJMap中查找对应的元素，存在对应元素将信息合并存放QtObjectMap中，检测结果输出到日志文件或控制台。有效解决了航管训练系统因Qt特殊性带来的内存泄露问题，大幅提高系统安全性、可靠性和实用性。

说明书

一、所属技术领域

本发明涉及航管训练系统，特别涉及使用Qt开发的航管系统用户界面程序的内存使用静 态检查。

二、背景技术

航管训练系统除了仿真核心程序以外，还需要大量用户界面程序完成数据准备、模拟飞 行员操作、受训管制员席位等。在大型的航管训练系统进行长时间的、复杂流程的训练活动 时，对人机界面的稳定运行提出了较高的要求，如不能出现内存泄露、不能中途异常退出等。 本方法对使用QT开发的人机界面进程的源码提供静态检查机制，方便开发人员检查错误，及 时修正缺陷。

Qt是1991年由奇趣科技开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，Qt库中很 多类都以QObject作为他们的基类，QObject的对象总是以树状结构组织自己。当我们创建 一个QObject对象时，可以指定其父对象(也被称为父控件)，新创建的对象将被加入到父对 象的子对象(也被称为子控件)列表中。当父对象被析构时，这个列表中的所有对象会被析 构。不但如此，当某个QObject对象被析构时，它会将自己从父对象的列表中删除，以避免 父对象被析构时再次析构自己。

由于QObject对象具有上述析构功能，当我们使用new操作符在堆中创建Qobject对象 时，并不需要使用delete操作符析构它们。

所以编写Qt程序时，开发人员很容易写出内存处理不适当的程序导致内存泄露。

三、发明内容

本发明的目的旨在解决航管训练系统开发中使用Qt开发人机界面中，由于Qt程序特殊 性可能带来的内存泄露问题。

本发明的目的是这样达到的：一种航管训练系统开发中Qt程序内存静态检查方法，其特 征在于：在航管训练系统中运行一个Qt程序内存使用静态的检查程序，该程序运行时将被检 查的代码所在的目录作为运行参数，目录可以有子目录,得到检测结果后，将监测结果输出到 日志文件或控制台。

本方法专门针对Qt程序中两种Qt专属的两种内存泄露情况提供检查能力：Qt控件对象没有 父控件，在堆中new了这个对象；Qt控件对象有父控件。

检测在如下5个模块中进行：

1)、遍历工程目录和子目录下的所有后缀名为.cpp和.h文件，把文件全路径保存为 string类型，再存放到vector类型的cpp_file中；

2)、遍历cpp_file中的每个文件，按行读取文件每行信息，解析new和delete语句， 得到Qt控件对象的创建信息和所有对象的删除信息；

3)、解析得到的Qt控件对象的创建信息存放在newOBJMap中，所有对象的删除信息存 放在deleteOBJMap中；

4)、遍历newOBJMap中的每个元素，在deleteOBJMap中查找对应的元素，如果存在对 应元素，则将信息合并，存放在QtObjectMap中；

5)、遍历QtObjectMap中每个元素，得到检测结果，输出到日志文件或控制台。

所述在1)模块中进行的检测，是通过Windows系统提供的_findfirst()和_findnext() 函数遍历某个工程文件下的所有文件，并把.h和.cpp文件全路径名存放在一个Vector类型 的cpp_file中，具体步骤是：

开始，第一步，控制台获取工程目录，第二步，判断findfrist获取当前目录下第一个实 例句柄，句柄值为-1L？是，结束，否，第三步，findnext根据_findfirst获得的句柄遍历 目录下的所有实例，判断返回值是否为0？是，结束，否，进入第四步，判断此实例为子文 件夹吗？是，当前目录链接文件夹名字得到新的目录，返回第二步，否，进入第五步，判断 此实例为.cpp或.h文件吗？是，第六步，将.cpp和.h文件的全名保存到vector类型的 cpp_file中，返回第三步。

所述在模块2)中进行的检测具体步骤是：

开始，第一步，判断文件结束？是，结束，否，第二步，读取每行文本，保存在string 类型的line中，第三步，判断line为注释吗？是，结束，否，进入第四步，判断是line为 new或delete语句？否，进入第五步，判断是new语句？是，解析line得到的删除对象信 息，文件位置更信息，并将得到的信息保存在deleteOBJMap中，返回第一步；是new语句， 进入第六步，解析语句获得创建对象的类别，第七步，根据类别判断为Qt空间类？不是，结 束，是，第八步，将解析得到的Qt控件，父控件，文件位置信息保存到newOBJMap中，返 回第一步。

所述在模块4)中进行的检测具体步骤是：

开始，第一步，判断newOBJMap结束？是，结束，否，第二步，获取newOBJMap的下一 元素，第三步，判断在deleteOBJMap中找到对应元素？是，第四步，将这两个元素合并，保 存到QtObjectMap，结束；否，把newOBJMap信息保存到QtObjectMap中，无删除信息补空， 回复到第一步。

所述在模块2)进行的检测具体步骤中第三步，判断line是否为注释识别对象分为两种： //行注释，/**/段注释，注释和代码区别对待，设置一个bool变量result区别该行代码 是不是注释即可，Result由解析代码的函数返回值更新；

若为行注释，直接跳过该行即可，并设result为commentEnd，表示注释结束；若为段注 释，且没有在一行中同时出现/*和*/，则result值为commentBegin，表示注释开始；若 在一行中同时出现/*和*/，则result值为commentEnd，表示注释结束；

解析每行代码时，根据result值选择不同的解析函数，parseComment()为解析注释的函数， parseCode()为解析代码的函数；

第七步中，根据类别判断为Qt空间类识别对象时分为两步：

(1)识别出程序中创建对象的语句；

(2)判断识别出的对象是不是Qt对象：Qt控件所属的类都是有继承关系的，且最终的父对 象都为QWidget，针对这种继承树的关系，通过读取InheritTree.ini配置文件建立一个树 的结构，树结构提供了一个接口：findChild(string key,POINTER*p),返回值为指针p指 向树中关键字为key的结点，如果树中不存在关键字为key的结点，则p的值为NULL，把某 个类名作为实参传给key，可判断此类是不是Qt的控件类了，即能判断对象的对象是不是Qt 控件对象。

本发明的积极效果是：有效解决了航管训练系统开发中,使用Qt开发人机界面时，因Qt 特殊性可能带来的内存泄露问题，保证系统的安全。由于本发明方法检测后得到的结果，输 出到日志文件或控制台，开发人员可及时方便地发现问题，及时修正缺陷。对提高航管训练 系统自身的可靠性和实用性有非常现实的积极意义。

四、附图说明

图1是本发明Qt程序内存使用静态检测软件模块组成图。

图2是在模块扫描工程所有.cpp和.h文件流程图。

图3是读inheritTree.ini配置文件生成Qt控件类的继承树示意图。

图4是解析每个文件流程图。

图5是合并newOBJMap和deleteOBJMap流程图。

五、具体实施方式

本发明专门针对航管训练系统开发中使用Qt进行人机界面开发的程序进行静态检查而研 究的新方法，解决Qt程序开发中产生的内存泄露问题。

技术实现的总思路是专门针对Qt开发中两种Qt专属的两种内存泄露情况提供检查能力：

本方法专门针对Qt开发中两种Qt专属的两种内存泄露情况提供检查能力：

Qt控件对象若没有父控件，如果在堆中new了这个对象，那么必须编码实现删除，否则 会有内存泄露；

Qt控件对象有父控件，此时无需程序员手动delete这个Qt控件，因为父控件在析构时， 会自动析构自己的子控件列表里的控件，这是Qt提供的自动内存机制，而程序员可能误写删 除代码，造成内存泄露。

除此之外还有其他属于C++语言使用的中内存泄露和冗余delete的情况，该方法没有涉 及这些情况的检测。

本方法由几个模块组成，如图1所示。

在模块1中，通过Windows系统提供的_findfirst()和_findnext()函数遍历工程目录和 子目录下的所有.cpp和.h文件，把文件全路径保存为string类型，再存放到vector类型的 cpp_file中。

具体步骤是见附图2：

开始，第一步，控制台获取工程目录，第二步，判断findfrist获取当前目录下第一个实 例句柄，句柄值为-1L？是，结束，否，第三步，，findnext根据_findfirst获得的句柄遍历 目录下的所有实例，判断返回值是否为0？是，结束，否，进入第四步，判断此实例为子文 件夹吗？是，当前目录链接文件夹名字得到新的目录，返回第二步，否，进入第五步，判断 此实例为.cpp或.h文件吗？是，将.cpp和.h文件的全名保存到vector类型的cpp_file中， 返回第三步。

在模块2中，遍历cpp_file中的每个文件，按行读取文件每行信息，解析new和delete 语句，得到Qt控件对象的创建信息和所有对象的删除信息。

解析文件中的new和delete语句时，对于某一文件，用getLine()获取文件中的每一行代码。

解析过程见图4，具体步骤是：

开始，第一步，判断文件结束？是，结束，否，第二步，读取每行文本，保存在string 类型的line中，第三步，判断line为注释吗？是，结束，否，进入第四步，判断是line为 new或delete语句？否，进入第五步，判断是new语句？是，解析line得到的删除对象信 息，文件位置更信息，并将得到的信息保存在deleteOBJMap中，返回第一步；是new语句， 进入第六步，解析语句获得创建对象的类别，第七步，根据类别判断为Qt空间类？不是，结 束，是，第八步，将解析得到的Qt控件，父控件，文件位置信息保存到newOBJMap中，返 回第一步。

对于识别注释部分和非注释部分：

注释分两种//行注释，/**/段注释，注释和代码是要区别对待的，设置一个bool变量 result区别该行代码是不是注释即可。Result由解析代码的函数返回值更新。

若为行注释，直接跳过该行即可，并设result为commentEnd(表示注释结束)。若为段注释， 且没有在一行中同时出现/*和*/，则result值为commentBegin(表示注释开始)。若在一 行中同时出现/*和*/，则result值为commentEnd(表示注释结束)。

解析每行代码时，根据result值选择不同的解析函数parseComment()(解析注释的函数)， parseCode()(解析代码的函数)。

对于识别QT控件对象分为两步：

(1)识别出程序中创建对象的语句

通过对Qt程序的了解，创建Qt控件对象一般是这种结构。

例如：

QPushButon m_button＝new QPushButton(Parent)；

此行代码最有标志性的词就是new和’＝’了，并且应该是一个独立的new这个关键字，要排 除***new***这种情况。

首先，要从这行代码中获取的信息是：对象名(m_button),类名(QPushButton),父对象 (parent)。

思路是通过”＝”,”new”,”()”来获取每个标识符的begin(第一个字符在整行string 中的索引)，end(最后一个字符在整行string中的索引)。然后通过begin和end即可获得 每个标示符。

C++中string类提供了很多接口可以直接使用。Substr(begin,len)用来截取子串，find (“arg”)用来寻找索引值，这两个函数的配合使用可完成上述功能。

(2)判断识别出的对象是不是Qt控件对象

考虑到要识别所有的Qt控件对象，是一个繁杂的工作，所以只是找了一些常用的Qt控件对 象，以供识别。但是这不是固定的，如果有新的需要的话，可以在InheritTree.ini配置文 件里手动添加新的对象。

Qt控件所属的类都是有继承关系的，且最终的父对象都为QWidget，针对这种继承树的关系， 建立了一个树的结构，树结构的建立是通过读取InheritTree.ini配置文件建立的。

InheritTree.ini文件结构示例:

[树的高度]

depthNum＝n

[高度0]

NodeNum＝1//当前高度下结点数目

QWidget＝NULL//等号左边是空间类，右边是起父类

[高度1]

...

[高度n-1]

...

树结构提供了一个接口，findChild(std::string key,,TreeNodePointer*p)，入口 参数string key,返回值为TreeNodePointer*p,返回值是指针p指向树中关键字为key的结 点，如果树中不存在关键字为key的结点，则p的值为NULL。这个结构能判断树中是否存在 关键字为key的结点。因此，把某个类名作为实参传给key，就可判断此类是不是Qt的控件 类了，也就能判断对象的对象是不是QT控件对象了。这里,TreeNodePointer为数据结构

TreeNodePointer为指向一个描述树形结构节点的指针，该节点内容包括：节点内容key，该 节点的子节点列表child_array,子节点个数child_num，节点的父节点parent。

读inheritTree.ini配置文件生成Qt控件类的继承树参见图3。

在模块3中，解析得到的Qt控件对象的创建信息存放在newOBJMap中，所有对象的删 除信息存放在deleteOBJMap中。

删除对象语句的识别处理方式和在模块2中的识别相同，不再赘述。不过此处因为无法 得到类名，无法判断是不是Qt控件类的对象，所以把所有对象全部保存在下面提到的 deleteOBJMap中。

向deleteOBJMap和newOBJMap里添加删除和创建对象的信息，将上一步识别出的new和 delete语句中的信息保存在以下两个结构体中:

这两个结构体类型的对象分别放在newOBJMap，deleteOBJMap中。

在模块4中，遍历newOBJMap中的每个元素，在deleteOBJMap中查找对应的元素，如 果存在对应元素，则将信息合并，存放在QtObjectMap中；

合并newOBJMap和deleteOBJMap，流程参见附图5。

具体步骤是：开始，第一步，判断newOBJMap结束？是，结束，否，第二步，获取newOBJMap 的下一元素，第三步，判断在deleteOBJMap中找到对应元素？是，将这两个元素合并，保存 到QtObjectMap，结束。否，把newOBJMap信息保存到QtObjectMap中，无删除信息补空， 回复到第一步。

将delteOBJMap和newOBJMap中的信息组合到QTObjectMap中时通过循环迭代，找到 newOBJMap里的每个Qt控件对象，看delteOBJMap中是否有对应的信息，如果有，就把这两 个结构体对象里的信息整合到以下结构体中：

把此结构体对象插入到QTObjectMap中。

在模块5中，遍历QtObjectMap中每个元素，得到检测结果，输出到日志文件或控制台。 根据QTObjectMap中的信息输出检测结果，

在QTObjectMap中的每个对象QTOBJ

最后输出结果到控制台和日志文件中。

最后的结果输出到控制台和日志文件中后，有利于开发人员进行修改：

以检查E://航管训练目录下的所有文件为例，输出示例如下:

疑似内存泄露:objectName(控件对象名)E://航管训练//a.cpp(创建对象文件全目 录)600(行号)；

疑似手工删除错误:objectName(控件名)parentName(父控件名)E://航管训练 //a.cpp(创建对象文件全目录)600(行号)E://航管训练//a.cpp(删除对象文件全目录) (行号)。