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C++使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)事件和委托以及信號(hào)和槽機(jī)制_C 語(yǔ)言

作者：HW140701 ? 更新時(shí)間： 2022-12-09 編程語(yǔ)言

在日常的程序開(kāi)發(fā)中我們經(jīng)常會(huì)遇到以下的實(shí)際問(wèn)題：

  • 比如在一個(gè)文件下載完成時(shí)，發(fā)送郵件或者微信通知告知用戶；
  • 比如點(diǎn)擊一個(gè)按鈕時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯；
  • 比如當(dāng)用戶的金額少于一個(gè)閾值時(shí)，通知用戶及時(shí)充值；

等等。

這些業(yè)務(wù)需求其實(shí)都對(duì)應(yīng)著觀察者模式，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變或者達(dá)到某種條件，所有的觀察者對(duì)象都會(huì)得到通知，觀察者模式通過(guò)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件結(jié)構(gòu)的松耦合設(shè)計(jì)。

C#中的委托和事件以及Qt的信號(hào)和槽機(jī)制都是遵循了此種設(shè)計(jì)模式。在使用C#和Qt的過(guò)程中常常感嘆為什么C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)不自帶這種快速開(kāi)發(fā)的原生類呢（雖然boost中有），那么本文我們就使用C++模板實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單但是夠用的C++事件工具類。

1 .Net的委托和事件

我們首先看下C#中的委托示例

class Program
{
    //1、聲明委托類型
    public delegate void AddDelegate(int a, int b);
    
    //2、委托函數(shù)（方法），參數(shù)需要和委托參數(shù)一致
    public static void Add(int a, int b)
    {
        Console.WriteLine(a + b);
    }
    
    static void Main(string[] args)
    {
        //3、創(chuàng)建委托實(shí)例，將方法名Add作為參數(shù)綁定到該委托實(shí)例，也可以不使用new，直接AddDelegate addDelegate = Add;
        AddDelegate addDelegate = new AddDelegate(Add);
        //4、調(diào)用委托實(shí)例
        addDelegate(1, 2);
        Console.ReadKey();
    }
}

從上述代碼可以看出C#的委托是不是與C++的函數(shù)指針聲明很像，先聲明一種表明返回值和形參的函數(shù)形式，然后把一個(gè)符合這種形式的函數(shù)當(dāng)做參數(shù)進(jìn)行傳遞，并最后進(jìn)行調(diào)用，類似于C的函數(shù)指針聲明以及C++的std::function。

看完委托之后，我們來(lái)看一個(gè)事件的示例，

public class Account
{
	private float bank_savings = 1000; // 存款金額
	public event Action OnInsufficientBalance; // 余額不足事件
	
	public void cosume(float money)
	{
		bank_savings -= money;
		if (bank_savings < 100)
		{
			OnInsufficientBalance.InVoke();
		}
	}
}

public class Notify
{
	public static void Email()
    {
		Console.WriteLine("Insufficient Balance");
    }
}



class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		var account = new Account();
		account.OnInsufficientBalance += Notify.Email;
		
		account.cosume(1000);
	}
}

在上述代碼中我們聲明一個(gè)OnInsufficientBalance事件，這個(gè)事件在用戶賬戶低于100的時(shí)候觸發(fā)，觸發(fā)函數(shù)使用郵件告知用戶。

2.Qt的信號(hào)和槽

Qt的信號(hào)和槽機(jī)制是由Qt實(shí)現(xiàn)的觀察者機(jī)制，可以通過(guò)信號(hào)觸發(fā)綁定的槽方法。

信號(hào)（Signal）就是在特定情況下被發(fā)射的事件，例如 PushButton 最常見(jiàn)的信號(hào)就是鼠標(biāo)單擊時(shí)發(fā)射的 clicked() 信號(hào)。

槽（Slot）就是對(duì)信號(hào)響應(yīng)的函數(shù)。槽函數(shù)可以與一個(gè)信號(hào)關(guān)聯(lián)，當(dāng)信號(hào)被發(fā)射時(shí)，關(guān)聯(lián)的槽函數(shù)被自動(dòng)執(zhí)行。

當(dāng)點(diǎn)擊一個(gè)按鈕時(shí)，Qt發(fā)出按鈕被點(diǎn)擊的信號(hào)，然后觸發(fā)信號(hào)綁定的開(kāi)發(fā)者的自定義槽方法。

Qt的信號(hào)和槽方法與.Net的委托和事件大致相同，其中信號(hào)對(duì)應(yīng)事件，槽函數(shù)對(duì)應(yīng)委托。

示例代碼如下：

button1 = new QPushButton("close",this);//創(chuàng)建按鈕，指定父對(duì)象
button2 = new QPushButton("print",this);//創(chuàng)建按鈕，指定父對(duì)象

connect(button1,&QPushButton::clicked,this,&QWidget::close);
connect(button2,&QPushButton::clicked,this,[](){
        qDebug() << "關(guān)閉成功";//打印關(guān)閉成功
    });

3.Duilib中委托和事件

在Duilib也有對(duì)委托和事件的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，我們可以在UIDelegate.h和UIDelegate.cpp中看到相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。

UIDelegate.h

#ifndef __UIDELEGATE_H__
#define __UIDELEGATE_H__

#pragma once

namespace DuiLib {

class DUILIB_API CDelegateBase	 
{
public:
    CDelegateBase(void* pObject, void* pFn);
    CDelegateBase(const CDelegateBase& rhs);
    virtual ~CDelegateBase();
    bool Equals(const CDelegateBase& rhs) const;
    bool operator() (void* param);
    virtual CDelegateBase* Copy() const = 0; // add const for gcc

protected:
    void* GetFn();
    void* GetObject();
    virtual bool Invoke(void* param) = 0;

private:
    void* m_pObject;
    void* m_pFn;
};

class CDelegateStatic: public CDelegateBase
{
    typedef bool (*Fn)(void*);
public:
    CDelegateStatic(Fn pFn) : CDelegateBase(NULL, pFn) { } 
    CDelegateStatic(const CDelegateStatic& rhs) : CDelegateBase(rhs) { } 
    virtual CDelegateBase* Copy() const { return new CDelegateStatic(*this); }

protected:
    virtual bool Invoke(void* param)
    {
        Fn pFn = (Fn)GetFn();
        return (*pFn)(param); 
    }
};

template <class O, class T>
class CDelegate : public CDelegateBase
{
    typedef bool (T::* Fn)(void*);
public:
    CDelegate(O* pObj, Fn pFn) : CDelegateBase(pObj, *(void**)&pFn) { }
    CDelegate(const CDelegate& rhs) : CDelegateBase(rhs) { } 
    virtual CDelegateBase* Copy() const { return new CDelegate(*this); }

protected:
    virtual bool Invoke(void* param)
    {
		O* pObject = (O*) GetObject();
		union
		{
			void* ptr;
			Fn fn;
		} func = { GetFn() };
		return (pObject->*func.fn)(param);
    }  

private:
	Fn m_pFn;
};

template <class O, class T>
CDelegate<O, T> MakeDelegate(O* pObject, bool (T::* pFn)(void*))
{
    return CDelegate<O, T>(pObject, pFn);
}

inline CDelegateStatic MakeDelegate(bool (*pFn)(void*))
{
    return CDelegateStatic(pFn); 
}

class DUILIB_API CEventSource
{
    typedef bool (*FnType)(void*);
public:
    ~CEventSource();
    operator bool();
    void operator+= (const CDelegateBase& d); // add const for gcc
    void operator+= (FnType pFn);
    void operator-= (const CDelegateBase& d);
    void operator-= (FnType pFn);
    bool operator() (void* param);

protected:
    CDuiPtrArray m_aDelegates;
};

} // namespace DuiLib

#endif // __UIDELEGATE_H__

UIDelegate.cpp

#include "StdAfx.h"

namespace DuiLib {

CDelegateBase::CDelegateBase(void* pObject, void* pFn) 
{
    m_pObject = pObject;
    m_pFn = pFn; 
}

CDelegateBase::CDelegateBase(const CDelegateBase& rhs) 
{
    m_pObject = rhs.m_pObject;
    m_pFn = rhs.m_pFn; 
}

CDelegateBase::~CDelegateBase()
{

}

bool CDelegateBase::Equals(const CDelegateBase& rhs) const 
{
    return m_pObject == rhs.m_pObject && m_pFn == rhs.m_pFn; 
}

bool CDelegateBase::operator() (void* param) 
{
    return Invoke(param); 
}

void* CDelegateBase::GetFn() 
{
    return m_pFn; 
}

void* CDelegateBase::GetObject() 
{
    return m_pObject; 
}

CEventSource::~CEventSource()
{
    for( int i = 0; i < m_aDelegates.GetSize(); i++ ) {
        CDelegateBase* pObject = static_cast<CDelegateBase*>(m_aDelegates[i]);
        if( pObject) delete pObject;
    }
}

CEventSource::operator bool()
{
    return m_aDelegates.GetSize() > 0;
}

void CEventSource::operator+= (const CDelegateBase& d)
{ 
    for( int i = 0; i < m_aDelegates.GetSize(); i++ ) {
        CDelegateBase* pObject = static_cast<CDelegateBase*>(m_aDelegates[i]);
        if( pObject && pObject->Equals(d) ) return;
    }

    m_aDelegates.Add(d.Copy());
}

void CEventSource::operator+= (FnType pFn)
{ 
    (*this) += MakeDelegate(pFn);
}

void CEventSource::operator-= (const CDelegateBase& d) 
{
    for( int i = 0; i < m_aDelegates.GetSize(); i++ ) {
        CDelegateBase* pObject = static_cast<CDelegateBase*>(m_aDelegates[i]);
        if( pObject && pObject->Equals(d) ) {
            delete pObject;
            m_aDelegates.Remove(i);
            return;
        }
    }
}
void CEventSource::operator-= (FnType pFn)
{ 
    (*this) -= MakeDelegate(pFn);
}

bool CEventSource::operator() (void* param) 
{
    for( int i = 0; i < m_aDelegates.GetSize(); i++ ) {
        CDelegateBase* pObject = static_cast<CDelegateBase*>(m_aDelegates[i]);
        if( pObject && !(*pObject)(param) ) return false;
    }
    return true;
}

} // namespace DuiLib

從上述Duilib實(shí)現(xiàn)委托與事件機(jī)制的源碼，我們可以看出整個(gè)的實(shí)現(xiàn)思路，通過(guò)CEventSource創(chuàng)建事件，通過(guò)MakeDelegate函數(shù)構(gòu)建綁定到事件上的委托函數(shù)CDelegate<O, T>，而這種委托函數(shù)的形式只能是void(void*)的形式。然后通過(guò)CEventSource重載操作符+=和-=添加和刪除委托函數(shù)。Duilib這種方式應(yīng)該就是最簡(jiǎn)單的事件和委托的原型，但是缺點(diǎn)是事件只能綁定固定形式的委托函數(shù)。

4.使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)事件觸發(fā)機(jī)制

第3節(jié)Duilib的委托和事件不能自定義事件所綁定委托函數(shù)的形式，在本節(jié)中我們使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)對(duì)事件機(jī)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，可以自定義事件綁定函數(shù)的形式。

具體的代碼如下：

Event.hpp

#ifndef _EVENT_H_
#define _EVENT_H_

#include <vector>
#include <functional>
#include <type_traits>
#include <memory>
#include <assert.h>


namespace stubbornhuang
{
	// 原型
	template<typename Prototype> class Event;


	// 特例
	template<typename ReturnType, typename ...Args>
	class Event <ReturnType(Args...)>
	{
	private:
		using return_type = ReturnType;
		using function_type = ReturnType(Args...);
		using stl_function_type = std::function<function_type>;
		using pointer = ReturnType(*)(Args...);

	private:
		class EventHandler
		{
		public:
			EventHandler(stl_function_type func)
			{
				assert(func != nullptr);
				m_Handler = func;
			}

			void Invoke(Args ...args)
			{
				if (m_Handler != nullptr)
				{
					m_Handler(args...);
				}
			}

		private:
			stl_function_type m_Handler;
		};

	public:
		void operator += (stl_function_type func)
		{
			std::shared_ptr<EventHandler> pEventHandler = std::make_shared<EventHandler>(func);

			if (pEventHandler != nullptr)
			{
				m_HandlerVector.push_back(std::move(pEventHandler));
			}
		}

		void Connect(stl_function_type func)
		{
			std::shared_ptr<EventHandler> pEventHandler = std::make_shared<EventHandler>(func);

			if (pEventHandler != nullptr)
			{
				m_HandlerVector.push_back(std::move(pEventHandler));
			}
		}

		void operator() (Args ...args)
		{
			for (int i = 0; i < m_HandlerVector.size(); ++i)
			{
				if (m_HandlerVector[i] != nullptr)
				{
					m_HandlerVector[i]->Invoke(args...);
				}
			}
		}

		void Trigger(Args ...args)
		{
			for (int i = 0; i < m_HandlerVector.size(); ++i)
			{
				if (m_HandlerVector[i] != nullptr)
				{
					m_HandlerVector[i]->Invoke(args...);
				}
			}
		}

	private:
		std::vector<std::shared_ptr<EventHandler>> m_HandlerVector;
	};
}


#endif // !_EVENT_H_

在上述代碼中我們使用template<typename ReturnType, typename ...Args>對(duì)事件類Event進(jìn)行了模板化，使用變參模板typename ...Args自定義事件綁定的委托函數(shù)參數(shù)列表，可以接受多個(gè)不同類型的參數(shù)。使用std::vector存儲(chǔ)綁定事件的std::function<ReturnType(Args...)>的委托函數(shù)，并重載+=操作符添加委托函數(shù)。

上述事件工具類Event的使用示例如下：

#include <iostream>

#include "Event.h"

class Button
{
public:
	Button()
	{

	}

	virtual~Button()
	{

	}

public:
	stubbornhuang::Event<void()> OnClick;
};

void Click()
{
	std::cout << "Button Click" << std::endl;
}


class Example
{
public:
	void Click()
	{
		std::cout << "Example Click" << std::endl;
	}
};

int main()
{
	Button button;

	button.OnClick += Click; // 靜態(tài)函數(shù)做委托函數(shù)

	Example example;
	button.OnClick += std::bind(&Example::Click, example); // 成員函數(shù)做委托函數(shù) 

	button.OnClick += []() { std::cout << "Lambda Click" << std::endl;  }; // 匿名函數(shù)做委托函數(shù)

	button.OnClick();

	return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果：

Button Click
Example Click
Lambda Click

由于std::function的超強(qiáng)特性，我們可以為事件綁定靜態(tài)函數(shù)、類成員函數(shù)以及匿名函數(shù)。

5.總結(jié)

在本文中，我們對(duì).Net的事件和委托，Qt的信號(hào)和槽進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后通過(guò)引入Duilib中對(duì)于事件和委托的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而擴(kuò)展了自定義的簡(jiǎn)單事件類Event，此類實(shí)現(xiàn)的比較簡(jiǎn)單，但是包含了事件實(shí)踐的核心思想，自己對(duì)于模板類，以及變參模板的使用又有了新的體會(huì)。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/HW140701/article/details/127647414

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