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C++如何实现简单的观察者模式封装_C++对象间一对多通信机制【设计】

穿越時空

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发布时间:2026-02-07 16:27:09

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来源于php中文网

原创

核心是用std::vector存储回调,以值语义避免悬挂;推荐weak_ptr自动管理生命周期,兼顾安全与简洁。

c++如何实现简单的观察者模式封装_c++对象间一对多通信机制【设计】

std::function + std::vector 实现轻量观察者注册表

核心是让被观察者持有一组可调用对象,不依赖虚函数或接口类,避免强制继承。每个观察者只需提供一个匹配签名的回调(比如 void(const Event&)),注册时用 std::function 包装,存进 std::vector

常见错误是直接存裸指针或引用,导致观察者析构后被调用——必须用值语义存储;也有人误用 std::shared_ptr 管理观察者生命周期,反而引入循环引用风险。

实操建议:

  • 被观察者类中声明 std::vector<:function t>> m_observers,其中 T 是事件类型
  • 提供 subscribe() 接口,接受任意可调用对象(lambda、函数指针、绑定对象),内部调用 emplace_back()
  • 触发通知时用范围 for 遍历调用,不检查有效性(由使用者保证生命周期)
  • 如需支持取消订阅,改用 std::vector<:pair std::function>>>,配合 erase(remove_if(...))

避免 std::function 拷贝开销与悬挂引用

std::function 构造和调用都有隐式开销,尤其捕获大对象的 lambda 会被完整拷贝。更严重的是:若 lambda 捕获了局部变量或对象的引用,注册后该作用域退出,后续通知就会访问悬挂内存。

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典型错误写法:obs.subscribe([&x]{ do_something(x); }); —— x 是函数内局部变量,注册完就销毁。

正确做法:

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  • 只捕获值([x]{...})或智能指针([ptr = shared_from_this()]{...}
  • 对短生命周期对象,改用弱引用模式:观察者主动在析构时调用 unsubscribe()
  • 若性能敏感,可用函数指针 + void* 用户数据替代 std::function,但丧失类型安全

std::weak_ptr 自动管理观察者生命周期(推荐场景)

当观察者是堆分配且有明确 owner(比如 std::shared_ptr),可用 std::weak_ptr 存储其引用,每次通知前先 lock()。这样既避免悬挂,又不用手动 unsubscribe

关键点在于:被观察者不参与所有权,只持有弱引用;观察者销毁时自动失效,无需干预。

示例结构:

class Subject {
    std::vector> m_observers;
public:
    void notify(const Event& e) {
        for (auto it = m_observers.begin(); it != m_observers.end(); ) {
            if (auto obs = it->lock()) {
                obs->onEvent(e);
                ++it;
            } else {
                it = m_observers.erase(it); // 自动清理已销毁的
            }
        }
    }
};

为什么不用信号槽(如 Qt)或第三方库?

Qt 的 QObject 机制要求所有类继承自 QObject,且依赖 moc 编译器,不适合纯 C++17/20 项目或嵌入式环境。Boost.Signals2 功能强但二进制体积大、编译慢。

自己封装的价值在于:

  • 完全控制内存模型(栈/堆/无分配)
  • 可按需裁剪:比如去掉线程安全、去掉类型擦除、固定最大观察者数
  • 调试友好:断点直接停在通知循环里,不陷进模板展开
  • 与 RAII 自然结合:例如在 ScopeGuard 中自动注册/注销

真正麻烦的不是实现,而是决定谁负责生命周期、是否需要线程安全、事件是否可排队——这些得根据具体模块边界来定,不能靠“通用封装”一劳永逸。

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