signals2基于Boost的另一个库signals,实现了线程安全的观察者模式。在signals2库中,观察者模式被称为信号/插槽(signals and slots),他是一种函数回调机制,一个信号关联了多个插槽,当信号发出时,所有关联它的插槽都会被调用。
许多成熟的软件系统都用到了这种信号/插槽机制(另一个常用的名称是事件处理机制:event/event handler),它可以很好地解耦一组互相协作的类,有的语言设置直接内建了对它的支持(如c#),signals2以库的形式为c++增加了这个重要的功能。
1、操作函数
signal最重要的操作函数是插槽管理connect()函数,它吧插槽连接到信号上,相当于为信号(事件)增加了一个处理的handler。
插槽可以是任意的可调用对象,包括函数指针、函数对象、以及它们的bind表达式和function对象,signal内部使用function作为容器来保存这些可调用对象。连接时可以指定组号也可以不指定组号,当信号发生时将依据组号的排序准则依次调用插槽函数。
如果连接成功connect()将返回一个connection,表示了信号与插槽之间的连接关系,它是一个轻量级的对象,可以处理两者间的连接,如断开、重连接、或者测试连接状态。
成员函数disconnect()可以断开插槽与信号的连接,它有两种形式:传递组号将断开该组的所有插槽,传递一个插槽对象将仅断开该插槽。函数disconnect_all_slots()可以一次性断开信号的所有插槽连接。
2、插槽的连接于使用
signal就像一个增强的function对象,它可以容纳(使用connect())多个符合模板参数中函数签名类型的函数(插槽),形成一个插槽链表,然后在信号发生时一起调用:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "iostream" using namespace std; void slots1() { cout << "slots1 call" << endl; } void slots2() { cout << "slots2 call" << endl; } struct Hello { void operator()() const { std::cout << "Hello"; } }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<void()> sig; sig.connect(&slots1); sig.connect(&slots2); sig(); boost::signals2::signal<void ()> sig1; sig1.connect(Hello()); sig1(); return 0; }
注:编译这个程序的时候,确保已经在stdafx.h中加入#define _SCL_SECURE_NO_WARNINGS或者,在C/C++----预处理器----预处理器定义中加上了_SCL_SECURE_NO_WARNINGS,否则会引发错误(或不能正确输出),下同。
在连接插槽时省了了connect()的第二个参数connect_position,它的缺省值是at_back,表示插槽将插入到信号插槽链表的尾部,因此slot2将在slot1之后被调用。
下面是使用和组号的情况:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { void operator()() { cout << "Slot current N value is : " << N << endl; } }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<void()> sig; sig.connect(Slot<1>(), boost::signals2::at_back); // 最后一个被调用 sig.connect(Slot<99>(), boost::signals2::at_front); // 第一个被调用 sig.connect(5, Slot<55>(), boost::signals2::at_back); // 组号5的最后一个 sig.connect(5, Slot<57>(), boost::signals2::at_front);// 组号5的第一个 sig.connect(10, Slot<100>());// 组号10该组只有一个 sig(); return 0; }
3、信号的返回值
signal如function一样,不仅可以把输入参数转发给所以插槽,也可以传回插槽的返回值。默认情况下signal使用合并器optional_last_value<R>,它将使用optional对象返回最后被调用的插槽的返回值。
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { int operator()(int x) { cout << "Slot current N * x value is : " << endl; return (N * x); } }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<int(int)> sig; sig.connect(Slot<10>()); sig.connect(Slot<100>()); cout << *sig(2) << endl;; return 0; }
signal的operator()调用这时需要传入一个整数参数,这个参数会被signal存储一个拷贝,然后转发给各个插槽。最后signal将返回插槽链表末尾slots<100>()的计算结果,它是一个optional对象,必须用接引用操作符*来获得值(但你可以发现Slotcurrent N * x value is是输出了两次的)。
4、合并器
大多数时候,插槽的返回值都是有意义的,需要以某种方式处理多个插槽的返回值。
signal允许用户自定义合并器来处理插槽的返回值,把多个插槽的返回值合并为一个结果返回给用户。
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "numeric" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { int operator()(int x) { cout << "Slot current N * x value is : " << endl; return (N * x); } }; template<typename T> class combiner { public: typedef pair<T, T> result_type; combiner(T t = T()) : v(t) { } template<typename InputIterator> result_type operator()(InputIterator begin, InputIterator end) const { if (begin == end) { return result_type(); } vector<T> vec(begin, end); T sum = accumulate(vec.begin(), vec.end(), v); T max = *max_element(vec.begin(), vec.end()); return result_type(sum, max); } private: T v; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<int(int), combiner<int> > sig; sig.connect(Slot<10>()); sig.connect(Slot<20>()); sig.connect(Slot<3>()); BOOST_AUTO(x, sig(2)); cout << x.first << ", " << x.second << endl; return 0; }
combiner类的调用操作符operator()的返回值类型可以是任意类型,完全由用户指定,不一定必须是optional或者是插槽的返回值类型。operator()的模板参数InputIterator是插槽链表的返回值迭代器,可以使用它来遍历所有插槽的返回值,进行所需的处理。
当信号被调用时,signal会自动把引用操作转换为插槽调用,将调用给定的合并器的operator()逐个处理插槽的返回值,并最终返回合并器operator()的结果。
如果我们不适用signal的缺省构造函数,而是在构造signal时传入一个合并器的实例,那么signal将使用逐个合并器(的拷贝)处理返回值。例如,下面的代码使用了一个有初值的合并器对象,累加值从100开始:
signal<int(int),combiner<int> > sig(combiner<int>(100));
5、管理信号的连接
信号与插槽的链接并不要求是永久的,当信号调用玩插槽后,有可能需要把插槽从信号中断开,再连接到其他的信号上去。
signal可以用成员函数disconnect()断开一个或一组插槽,或者使用disconnect_all_slots()断开所有插槽连接,函数empty()和num_slots()用来检测信号当前插槽的连接状态。
要断开一个插槽,插槽必须能够进行登记等价比较,对于函数对象来说就是重载一个等价语义的operator==。下面对slots<N>增加一个等价比较:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "numeric" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { int operator()(int x) { cout << "Slot current N * x value is : " << endl; return (N * x); } }; template<int N> bool operator== (const Slot<N>& a, const Slot<N>& b) { return true; } template<typename T> class combiner { public: typedef pair<T, T> result_type; combiner(T t = T()) : v(t) { } template<typename InputIterator> result_type operator()(InputIterator begin, InputIterator end) const { if (begin == end) { return result_type(); } vector<T> vec(begin, end); T sum = accumulate(vec.begin(), vec.end(), v); T max = *max_element(vec.begin(), vec.end()); return result_type(sum, max); } private: T v; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<int(int)> sig; // assert(sig.empty()); sig.connect(0, Slot<10>()); sig.connect(Slot<20>()); sig.connect(1, Slot<30>()); assert(sig.num_slots() == 3); sig.disconnect(0); // assert(sig.num_slots() == 1); sig.disconnect(Slot<30>()); // assert(sig.empty()); sig(2); return 0; }
6、更灵活的管理信号连接
signals2库提供另外一种较为灵活的连接管理方式:使用connection对象。
每当signal使用connect()连接插槽时,他就会返回一个connection对象。connection对象像是信号与插槽连接关系的一个句柄(handle),可以管理链接:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "numeric" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { int operator()(int x) { cout << "Slot current N * x value is : " << endl; return (N * x); } }; template<int N> bool operator== (const Slot<N>& a, const Slot<N>& b) { return true; } template<typename T> class combiner { public: typedef pair<T, T> result_type; combiner(T t = T()) : v(t) { } template<typename InputIterator> result_type operator()(InputIterator begin, InputIterator end) const { if (begin == end) { return result_type(); } vector<T> vec(begin, end); T sum = accumulate(vec.begin(), vec.end(), v); T max = *max_element(vec.begin(), vec.end()); return result_type(sum, max); } private: T v; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<int(int)> sig; boost::signals2::connection c1 = sig.connect(0, Slot<10>()); boost::signals2::connection c2 = sig.connect(0, Slot<10>()); boost::signals2::connection c3 = sig.connect(0, Slot<10>()); c1.disconnect(); assert(sig.num_slots() == 2); assert(!c1.connected()); assert(c2.connected()); return 0; }
另外一种连接管理对象是scoped_connection,它是connection的种类,提供类似scoped_ptr的RAII功能:插槽与信号的连接仅在作用域内生效,当离开作用域时连接就会自动断开。当需要临时连接信号时scoped_connection会非常有用:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "numeric" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { int operator()(int x) { cout << "Slot current N * x value is : " << endl; return (N * x); } }; template<int N> bool operator== (const Slot<N>& a, const Slot<N>& b) { return true; } template<typename T> class combiner { public: typedef pair<T, T> result_type; combiner(T t = T()) : v(t) { } template<typename InputIterator> result_type operator()(InputIterator begin, InputIterator end) const { if (begin == end) { return result_type(); } vector<T> vec(begin, end); T sum = accumulate(vec.begin(), vec.end(), v); T max = *max_element(vec.begin(), vec.end()); return result_type(sum, max); } private: T v; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<int(int)> sig; sig.connect(0, Slot<10>()); assert(sig.num_slots() == 1); { boost::signals2::scoped_connection sc = sig.connect(0, Slot<20>()); assert(sig.num_slots() == 2); } assert(sig.num_slots() == 1); return 0; }
插槽与信号的连接一旦断开就不能再连接起来,connection不提供reconnet()这样的函数。但可以暂时地阻塞插槽与信号的连接,当信号发生时被阻塞的插槽将不会被调用,connection对象的blocked()函数可以检查插槽是否被阻塞。但被阻塞的插槽并没有断开与信号的链接,在需要的时候可以随时解除阻塞。
connection对象自身没有阻塞的功能,他需要一个辅助类shared_connection_block,它将阻塞connection对象,知道它被析构或者显式调用unblock()函数:
#include "stdafx.h" #include "boost/utility/result_of.hpp" #include "boost/typeof/typeof.hpp" #include "boost/assign.hpp" #include "boost/ref.hpp" #include "boost/bind.hpp" #include "boost/function.hpp" #include "boost/signals2.hpp" #include "numeric" #include "iostream" using namespace std; template<int N> struct Slot { void operator()(int x) { cout << "Slot current N is : " << N << endl; } }; template<int N> bool operator== (const Slot<N>& a, const Slot<N>& b) { return true; } template<typename T> class combiner { public: typedef pair<T, T> result_type; combiner(T t = T()) : v(t) { } template<typename InputIterator> result_type operator()(InputIterator begin, InputIterator end) const { if (begin == end) { return result_type(); } vector<T> vec(begin, end); T sum = accumulate(vec.begin(), vec.end(), v); T max = *max_element(vec.begin(), vec.end()); return result_type(sum, max); } private: T v; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { boost::signals2::signal<void(int)> sig; boost::signals2::connection c1 = sig.connect(0, Slot<10>()); boost::signals2::connection c2 = sig.connect(0, Slot<20>()); assert(sig.num_slots() == 2); sig(2); cout << "begin blocking..." << endl; { boost::signals2::shared_connection_block block(c1); assert(sig.num_slots() == 2); assert(c1.blocked()); sig(2); } cout << "end blocking.." << endl; assert(!c1.blocked()); sig(2); return 0; }