C++实现轻量级观察者模式(RAII风格) _ 回调管理逻辑实现【源码】

轻强君_2865

轻强君_2865

2026-05-09

206人浏览

原创

std::function+std::shared_ptr不适合轻量级观察者因其堆分配和原子开销;应采用栈上raii句柄,构造注册、析构注销,仅存裸指针/id,用原子标记快照调用避免竞态。

c++实现轻量级观察者模式(raii风格) _ 回调管理逻辑实现【源码】

为什么 std::function + std::shared_ptr 组合不适合轻量级观察者?

因为每次注册回调都要堆分配(std::function 内部可能 new,std::shared_ptr 控制块也堆分配),且引用计数带来原子操作开销。轻量级场景下,你真正需要的是:栈上生命周期可控、无锁、零分配的绑定与解绑。

RAII 风格的核心不是“用 RAII”,而是让观察者句柄本身成为资源管理单元——构造即注册,析构即注销,且不依赖堆内存。

  • 避免在回调注册时触发任何动态内存分配
  • 观察者句柄必须能安全拷贝(用于传参/存储),但注销逻辑只执行一次
  • 被观察对象不持有观察者所有权,只存裸指针或 tag;注销靠观察者自己“反向通知”

observer_handle 如何实现“构造即注册、析构即注销”?

关键在把注销动作延迟到句柄析构,且保证只执行一次。不能靠被观察者维护列表并遍历清理(那会引入迭代器失效或线程竞争),而应由观察者主动登记一个可调用的注销函数。

典型做法是:被观察者暴露一个 register_observer 方法,返回一个 observer_handle;该句柄内部持有一个 std::function<void></void>,内容就是“从被观察者中移除我”的逻辑——但这个 std::function 本身不能捕获大对象,必须轻量。

  • 推荐用捕获 lambda 包装一个裸函数指针 + void*(如 [obj, id]{ obj->unregister(id); }),而非捕获 this 指针加成员函数,避免隐式生成闭包对象
  • observer_handle 的移动构造/赋值需置空原句柄的注销函数,防止重复调用
  • 析构时直接调用 m_unregister(),无需检查是否已注销——设计上它就该是幂等的
struct observer_handle {
    std::function<void> m_unregister;
    observer_handle() = default;
    observer_handle(std::function<void> f) : m_unregister(std::move(f)) {}
    observer_handle(observer_handle&& o) noexcept : m_unregister(std::move(o.m_unregister)) { o.m_unregister = {}; }
    observer_handle& operator=(observer_handle&& o) noexcept {
        if (this != &o) {
            m_unregister = std::move(o.m_unregister);
            o.m_unregister = {};
        }
        return *this;
    }
    ~observer_handle() { if (m_unregister) m_unregister(); }
};
</void></void>

被观察者如何避免存储 std::function 导致的分配?

不要存回调本身,只存唯一 ID 和注销函数指针。实际回调执行时,再通过 ID 查找对应逻辑——但查找不能是 map 或 vector 遍历,否则 O(n) 注册/注销太重。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载

更轻的方案是:每个观察者注册时,被观察者返回一个整数 ID(如自增计数器),同时将回调存入预分配的静态数组或环形缓冲区;注销时仅标记该槽位为可用。前提是观察者数量有预期上限,且允许少量内存预留。

  • 若上限明确(如最多 16 个 UI 订阅者),用 std::array<:function>, N></:function> 是完全零分配的
  • 若需动态伸缩但拒绝堆分配,可用 arena allocator(如 std::pmr::vector 配合栈内存池),但复杂度上升
  • 绝对不要在 notify() 中做虚函数调用或 dynamic_cast ——这会破坏内联,增加间接跳转

回调执行期间被注销,会发生什么?

这是最常踩的坑:A 在回调里调用 observer_handle 析构,触发注销;而被观察者正在遍历观察者列表,此时迭代器失效或访问已释放内存。

根本解法不是加锁,而是改变遍历模型:不维护“活跃观察者列表”,而用“快照+原子标记”。例如:

  • 注册时将回调写入固定大小数组,并用 std::atomic<bool></bool> 标记是否启用
  • notify() 先原子读所有标记,构建临时栈上函数指针数组,再顺序调用
  • 注销只改标记位,不改动数组内容,也不影响当前 notify 调用

这样既无锁、无分配,又天然规避了“边遍历边删”的竞态。代价是轻微冗余(已注销的槽位暂不复用),但符合轻量级定位。

真正难处理的是跨线程场景:如果注销和 notify 不在同一线程,std::atomic<bool></bool> 是必须的;但若确定单线程使用,连 atomic 都可省掉,直接用 bool + 注释说明线程约束。

C++免费学习笔记(深入):立即使用
在学习笔记中,你将探索 C++ 的入门与实战技巧!

相关文章

PHP速学视频免费教程(入门到精通)
PHP速学视频免费教程(入门到精通)

PHP怎么学习?PHP怎么入门?PHP在哪学?PHP怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了PHP速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载

相关标签:

c++

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn

相关专题

更多
c++和c语言的区别有哪些
c++和c语言的区别有哪些

c++和c语言的区别:1、面向对象编程(OOP)支持不同;2、新增特性不同;3、标准库不同;4、编译方式不同;5、命名空间不同等等。想了解更多c++的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.14

2248

9

c++和python学习顺序推荐
c++和python学习顺序推荐

一般建议先学习C++,再学习Python,因为这样可以逐步从较为底层的编程语言向更高级的语言过渡。想了解更多python的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.14

1019

6

python和c++学习性价比分析
python和c++学习性价比分析

Python易于学习,广泛应用于Web开发、数据科学和人工智能等领域,但性能较低。C语言性能高,适用于对性能要求较高的场景,如游戏开发和系统编程,但学习曲线陡峭,错误处理复杂。想了解更多python的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.14

427

5

c语言和c++一样吗
c语言和c++一样吗

c语言和c++是两种不同的编程语言,虽然有相似之处,但存在显著差异。c语言专注于过程式编程和系统级开发,以简洁、高效著称。c++作为c语言的超集,引入了面向对象编程,增强了代码组织和管理能力,但学习曲线也更陡峭。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2024.03.14

327

5

c语言和c++先学哪个好
c语言和c++先学哪个好

初学者选择学习c语言还是c++语言,需要根据个人学习目标、背景以及编程兴趣和预期应用方向来决定。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2024.03.14

406

5

c语言和c++的区别和联系
c语言和c++的区别和联系

c语言和c++是计算机科学领域应用广泛的编程语言。虽然它们有着相似的基础,但它们在语言类型、语法功能和内存管理方面存在着显著差异。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2024.03.14

580

5

c++软件中文更改教程
c++软件中文更改教程

对于 ide,可通过打开设置,找到语言设置,选择中文,并保存更改。对于非 ide 应用程序,可查找设置或选项,选择语言设置,更改为中文,并保存更改。想了解更多c++的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.21

1409

9

python和java和c++学习性价比分析
python和java和c++学习性价比分析

Python以其易学性、丰富的库和活跃的社区而著称,适合数据科学、人工智能和Web开发。Java以其跨平台性、企业级应用开发和Android应用开发而闻名。C++以其底层控制能力、高效性能和游戏开发而著称。选择哪种语言取决于个人兴趣、职业方向和特定需求。想了解更多python和java和c++的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.22

1217

7

c++和c语言学习顺序推荐
c++和c语言学习顺序推荐

对于初学者,建议先学习C语言,掌握编程基础后再转入C++,便于理解面向对象编程概念。有编程经验者可直接学习C++,快速接触高级编程技术。想了解更多c++和c语言的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

2024.03.25

1325

9

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程