c++如何实现一个简单的信号槽(Signal-Slot)机制？ (观察者模式)

不能直接用 std::function + std::vector 存槽函数，因裸指针无法感知被观察对象生命周期，导致析构后调用引发未定义行为；安全方案是用 std::weak_ptr + std::shared_ptr 实现弱引用绑定，并封装 Connection 自动管理连接生命周期。

为什么不能直接用 std::function + std::vector 存槽函数？

可以存，但会立刻遇到生命周期管理问题：如果 Slot 是某个对象的成员函数（比如 &obj.onDataReady），而 obj 被提前析构，后续信号触发时调用已释放对象的成员函数 → 未定义行为（常见表现是段错误或静默崩溃）。裸指针或原始 std::function 无法感知被观察对象是否还活着。

如何安全绑定成员函数并自动解绑？

核心是引入弱引用语义。C++11 起，std::weak_ptr 配合 std::shared_ptr 是标准解法：观察者对象需继承自 std::enable_shared_from_this，信号类存储 std::weak_ptr + 成员函数指针，每次触发前用 lock() 检查对象是否有效。

• 信号类中不直接存 std::function，而是存 std::pair<:weak_ptr>, void (T::*)()> 这类组合（实际需类型擦除）
• 更实用的做法是封装一个 Connection 对象，内部持有一个 std::weak_ptr，并在析构时从信号的槽列表中移除自己
• 避免手动管理连接生命周期：让 connect() 返回一个可移动、不可复制的 Connection，用户持有它即保持绑定；一旦 Connection 离开作用域，自动断开

一个最小可行的 Signal 类模板实现

以下代码省略异常处理和线程安全（多线程需加 std::mutex），聚焦核心逻辑：

template
class Signal {
private:
    struct SlotBase {
        virtual ~SlotBase() = default;
        virtual void invoke(Args... args) = 0;
        virtual bool is_alive() const = 0;
    };

    template
    struct Slot final : SlotBase {
        std::weak_ptr obj_;
        Func func_;

        Slot(std::shared_ptr obj, Func&& f) 
            : obj_(std::move(obj)), func_(std::forward(f)) {}

        void invoke(Args... args) override {
            if (auto ptr = obj_.lock()) {
                std::invoke(func_, *ptr, std::forward(args)...);
            }
        }

        bool is_alive() const override {
            return obj_.lock() != nullptr;
        }
    };

    std::vector> slots_;

public:
    template
    void connect(std::shared_ptr obj, Func&& f) {
        slots_.push_back(std::make_unique>>(
            std::move(obj), std::forward(f)));
    }

    void emit(Args... args) {
        // 注意：此处不删除失效 slot，仅跳过；真实项目建议定期清理
        for (auto& s : slots_) {
            if (s->is_alive()) {
                s->invoke(std::forward(args)...);
            }
        }
    }
};

使用时，被观察对象必须是 std::shared_ptr 管理的（例如继承 std::enable_shared_from_this），否则无法构造 std::weak_ptr。

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容易忽略的关键细节

信号触发期间若槽函数内部又调用 connect() 或 disconnect()（比如在槽里删自己），会导致迭代器失效或内存访问越界。解决方式有二：

• 延迟清理：把待移除的 slot 标记为 “dead”，emit() 结束后统一擦除
• 用索引而非迭代器遍历，或改用 std::list 配合 erase() 安全删除
• 更彻底的方案是禁止槽函数修改信号本身 —— 这需要文档约束，而非强制语法限制

另外，std::invoke 是 C++17 引入的，若用 C++11/14，需手写函数对象调用逻辑（如用 std::bind 包装再调用，但性能稍差）。