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c++如何实现一个简单的发布订阅系统_c++ Pub/Sub模式与消息队列【设计】

冰火之心

冰火之心

发布时间:2025-12-17 18:12:07

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来源于php中文网

原创

C++轻量级线程安全发布-订阅系统由Publisher、Subscriber和MessageCenter三部分构成,通过字符串主题解耦模块,用mutex保护订阅表、消息队列实现发布与分发分离,支持泛型模板和值拷贝/智能指针管理数据生命周期。

c++如何实现一个简单的发布订阅系统_c++ pub/sub模式与消息队列【设计】

用C++实现一个简单的发布-订阅系统,核心是让模块之间不直接调用、不互相持有指针,靠“主题(Topic)”中转消息。它不是必须用网络或第三方库,纯内存+线程安全的轻量级设计就能满足多数本地模块通信需求。

关键结构:三要素缺一不可

一个可运行的最小Pub/Sub系统,至少包含:

  • Publisher(发布者):只管调用 Publish("topic_name", data),不关心谁收、收几次
  • Subscriber(订阅者):调用 Subscribe("topic_name") 表达兴趣,再实现自己的 OnMessage() 处理逻辑
  • MessageCenter(消息中心):全局单例,负责存主题→订阅者映射表、缓存待发消息、分发时加锁防竞争

线程安全怎么处理?别硬上mutex锁全函数

常见误区是给整个 Publish() 加大锁,导致高频发布时阻塞严重。更合理的做法是:

  • 订阅/退订操作用 std::mutex 保护内部映射表(std::map<:string std::vector>>
  • 发布时把消息拷贝进队列(如 std::queue),只锁入队那段
  • 分发逻辑放在独立线程里跑,从队列取、查表、遍历通知——这步可不加锁,只要确保队列读写分离

主题(Topic)用字符串还是类型?推荐字符串+泛型模板组合

初学者容易纠结“该不该用 std::type_info 当主题”。实际开发中,字符串主题更灵活:

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  • UI更新、日志上报、配置变更等场景,天然适合语义化命名,比如 "ui.health_bar""cfg.language"
  • 若想兼顾类型安全,可在模板化 Publisher 中封装: template void Publish(const std::string& topic, const T& data); 内部自动序列化为 std::vector + 类型名哈希,订阅端按需反解
  • 避免用裸指针传数据;统一走值拷贝或 std::shared_ptr 管理生命周期

不依赖ROS、ZeroMQ也能跑起来:一个50行核心示意

下面这段是真正能编译运行的骨架(已省略头文件和细节错误处理):

class MessageCenter {
  static MessageCenter* s_instance;
  std::mutex m_sub_mutex;
  std::map>> m_subs;
public:
  static MessageCenter& Get() { return *s_instance; }
  void Subscribe(const std::string& t, std::function cb) {
    std::lock_guard lk(m_sub_mutex);
    m_subs[t].push_back(cb);
  }
  void Publish(const std::string& t, void* data) {
    auto it = m_subs.find(t);
    if (it != m_subs.end()) 
      for (auto& cb : it->second) cb(data);
  }
};

使用时:
MessageCenter::Get().Subscribe("player.hit", [](void* d){ /* 播放音效 */ });
MessageCenter::Get().Publish("player.hit", &damage_value);

基本上就这些。不需要宏、不依赖外部构建系统,编译进任意C++17项目都能立刻用上。重点不在代码行数,而在“谁发、谁收、谁中转”三者职责彻底分开。

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