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C++实现简单的发布订阅(Pub/Sub) _ 观察者模式变体逻辑【源码】

陌瑶君_1044

陌瑶君_1044

发布时间:2026-04-23 12:58:11

|

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|

来源于php中文网

原创

直接用 std::function + std::vector 实现轻量级 Pub/Sub 就够用了,因其简洁、高效、无锁且天然支持多种可调用对象,适用于单线程场景如游戏逻辑、UI通知等。

c++实现简单的发布订阅(pub/sub) _ 观察者模式变体逻辑【源码】

为什么直接用 std::function + std::vector 存回调就够用了

多数轻量级 Pub/Sub 场景根本不需要线程安全、消息队列或序列化——尤其在单线程游戏逻辑、配置热更、UI状态通知等场景中。std::function 能绑定成员函数、lambda 和普通函数,std::vector 提供 O(1) 尾插和可预测的遍历顺序,组合起来就是最简观察者模式的自然表达。

常见错误是过早引入 std::shared_ptr 包裹观察者,导致生命周期混乱;或用 std::map 按 topic 索引却忽略 topic 字符串比较开销远高于指针/整数。

  • 只在需要跨线程投递时才加 std::mutex,否则锁反而成为性能瓶颈
  • 避免用 std::string 作 topic 键——改用 const char* 或枚举值(如 enum class Topic : uint8_t { UI_UPDATE, AUDIO_MUTE };)
  • 回调注册后不校验是否已存在,重复订阅会导致同一函数被调两次;建议用 std::vector<std::function<void()>>::iterator 记录句柄,提供 unsubscribe() 接口

subscribe() 返回 Subscription 对象而不是 void 的原因

裸指针或 raw function pointer 无法安全解绑:lambda 捕获上下文后地址不可比,成员函数指针在多继承下可能不唯一。返回一个轻量 Subscription 对象(内部持有一个 size_t 索引或 void* token),让调用方后续能精准移除自己,是唯一可控方式。

示例关键片段:

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struct Subscription {
    explicit Subscription(size_t idx) : index(idx) {}
    size_t index;
};
// ...
Subscription subscribe(std::function<void(int)> cb) {
    callbacks.push_back(std::move(cb));
    return Subscription(callbacks.size() - 1);
}
void unsubscribe(const Subscription& s) {
    if (s.index < callbacks.size()) {
        callbacks[s.index] = nullptr; // 延迟清理,避免遍历时 erase 失效迭代器
    }
}

注意:不建议在 unsubscribe() 中立即 erase,否则遍历发布时容易跳过后续回调或触发 iterator invalidation。

如何避免 publish() 时回调里又调 subscribe() 或 unsubscribe() 导致崩溃

这是裸容器实现 Pub/Sub 最典型的崩溃点:一边遍历 std::vector,一边修改它(哪怕只是 push_back),迭代器立刻失效。C++20 以前没有安全的“遍历中修改”原语。

  • 最简方案:把待新增的回调暂存到临时 std::vector,本轮 publish 结束后再合并;待移除的标记为 nullptr,下轮 publish 前批量清理
  • 不要在回调里直接调 unsubscribe(this)——改为发一个延迟清理请求(例如 push 到全局 std::vector<Subscription>),由主循环统一处理
  • 若必须支持运行时动态增删且不希望延迟,改用 std::list + std::weak_ptr 组合,但代价是缓存不友好和额外分配

为什么不用 Boost.Signals2 或 Qt 的 QSignalMapper

Boost.Signals2 功能完备但二进制体积大、编译慢,且默认带线程安全——你单线程跑它,90% 的 mutex 开销白交;Qt 的信号槽依赖 MOC 和 QObject 体系,侵入性强,不适合嵌入式或无 GUI 模块。

真正需要它们的场景其实很窄:比如你要做跨进程 Pub/Sub、带优先级队列、或要求断连自动重试。而 80% 的 C++ 项目里,一个不到 100 行的头文件就覆盖了全部需求:

template<typename... Args>
class EventBus {
    std::vector<std::function<void(Args...)>> callbacks;
public:
    using Subscription = size_t;
    Subscription subscribe(std::function<void(Args...)> cb) {
        callbacks.push_back(std::move(cb));
        return callbacks.size() - 1;
    }
    void publish(Args... args) const {
        for (const auto& cb : callbacks) {
            if (cb) cb(args...); // 支持空回调占位
        }
    }
    void unsubscribe(Subscription s) {
        if (s < callbacks.size()) callbacks[s] = {};
    }
};

真正难的不是写这个类,而是想清楚:你的“事件”是否真该跨模块广播?还是该收拢成明确的接口调用?Pub/Sub 容易掩盖依赖关系,调试时一堆匿名 lambda 不知道谁在哪儿订的,这点比内存安全更值得警惕。

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