在上一篇文章中《C++实现一个简单的Qt信号槽机制》，我们基于前面的反射代码实现了信号槽的功能。
但是上一篇的代码中没有对象生命周期管理的机制，如果在对象的生命周期结束后还存在未断开的信号和槽连接，那么信号触发时可能会尝试访问已经被析构的对象，从而引发内存访问异常。这个设计缺陷在C++越来越
方案的确定
在Qt框架中，QObject的析构函数，在对象销毁时会自动断开所有信号和槽的连接。从而避免出现这种情况。
笔者考虑了一下，没有采取这种方案，因为：
- 这会要求信号和槽两个对象互相存储双方的连接情况，在一定程度上浪费了内存。
- 另一方面，我们还没有支持对象的内存管理，没有弱引用机制。如果通过析构函数反连接的做法那么还需要单独再次引入弱引用机制。
经过一轮思索，笔者选择的方案是：
- 引入弱引用机制，解决内存管理问题
- 在信号触发时，自动跳过已经析构的槽对象，并清理无效的槽链接。
实现
弱引用机制
C++标准库本身支持一套内存管理机制，那就是std::shared_ptr体系。这套体系也支持弱指针引用，我们尽可能避免重复造轮子，因此我们直接采用这种机制。
综合考虑下来，我们决定让我们的的IReflectable 从std::enable_shared_from_this派生。（之所以不是QObject从shared_ptr派生，是因为IReflectable 有方法工厂，我们希望方法工厂返回的IReflectable 实例就是被shared_ptr承载的）
class IReflectable : public std::enable_shared_from_this<IReflectable> {//...}
然后，在信号触发的时候，判断对象是否有效：
template<typename... Args>void raw_emit_signal_impl(const char* signal_name, Args&&... args) {auto it = connections.find(signal_name);if (it != connections.end()) {for (auto& slot_info : it->second) {auto ptr = std::get<0>(slot_info).lock();// 获取弱引用的有效指针if (ptr) {ptr->invoke_member_func_by_name(std::get<1>(slot_info).c_str(), std::forward<Args>(args)...);}// else 对象已经析构了}}else {assert(false);}}
之所以没有在else那里清理掉已经无效的链接，是因为在信号槽连接的时候，外部可能保存了数组的迭代器：
[外链图片转存中…(img-jIOqrBqD-1719542815307)]
直接返回迭代器的好处是在disconnect的时候性能特别好，并且实现简单：
template <typename T>bool disconnect(T connection) {//T是个这个类型：std::make_optional(std::make_tuple(this, itMap, it));//由于T过于复杂，就直接用模板算了if (!connection) {return false;}auto& tuple = connection.value();if (std::get<0>(tuple) != this) {return false;//不是我的connection呀}std::get<1>(tuple)->second.erase(std::get<2>(tuple));return true;}
缺点是连接的信号一旦移除之后其他迭代器会失效。这样做肯定不行。于是把迭代器的数组类型从vector换成了list。避免迭代器失效，同时保留了connect返回迭代器的优势，同时支持在信号触发的时候直接清理掉已经析构的槽对象，避免死对象无法清除。一举N得。
于是只需要修改这一行即可：
using connections_list_type = std::vector<std::tuple< std::weak_ptr<QObject>, std::string>>;
改为：
using connections_list_type = std::list<std::tuple< std::weak_ptr<QObject>, std::string>>;
其他地方都不用修改，这就是C++ auto 的力量。
接下来，把前面raw_emit_signal_impl函数中对象无效后从list清理的逻辑补上，大功告成。
实现的时候，考虑性能问题，只在发现存在无效对象时才进行批量移除，因此引入局部变量has_invalid_slot 来标识这种情况。代码如下：
template<typename... Args>void raw_emit_signal_impl(const char* signal_name, Args&&... args) {auto it = connections.find(signal_name);if (it != connections.end()) {auto& slots = it->second; // 获取槽信息列表的引用bool has_invalid_slot = false;for (const auto& slot_info : slots) {auto ptr = std::get<0>(slot_info).lock(); // 锁定弱引用if (ptr) {ptr->invoke_member_func_by_name(std::get<1>(slot_info).c_str(), std::forward<Args>(args)...);}else {has_invalid_slot = true;}}if (has_invalid_slot) {//如果存在无效对象，则执行一轮移除操作auto remove_it = std::remove_if(slots.begin(), slots.end(),[](const auto& slot_info) {return std::get<0>(slot_info).expired(); // 检查弱引用是否失效});slots.erase(remove_it, slots.end());}}else {/*没找到这个信号，要不要assert？*/ }}
解决要求所有的QObject派生对象都需要通过make_shared
由于使用了C++的shared_ptr，因此我们的QObject派生对象都需要通过make_shared创建，否则成员函数make_weeked和make_shared都是无效的。
为了避免使用者用错，我们connect的时候，会对weak_ptr是否有效进行检查，这样就能确保我们的内存管理机制符合预期，规避开发者误用了。
那么，我们一系列的函数接口都要进行优化，使其与share_ptr类型更好的适配，避免开发者大量编写ptr.get()等干扰可读性的代码。
我们以connect函数为例，提供两个重载，以直接支持shared_ptr:
template <typename SlotClass>
auto connect(const char* signal_name, std::shared_ptr<SlotClass> slot_instance, const char* slot_member_func_name) {return connect(signal_name, slot_instance.get(), slot_member_func_name);
}
template <typename SignalClass, typename SignalType, typename SlotClass, typename SlotType>
auto connect(SignalType SignalClass::* signal, std::shared_ptr<SlotClass> &slot_instance, SlotType SlotClass::* slot) {return connect(signal, slot_instance.get(), slot);
}
这样，使用者就可以保持代码的简洁性了。
不过，在适配其他函数的时候，笔者还是有点纠结：
把
template <typename T, size_t N = 0>
std::any get_field_value(T obj, const char* name) {return __get_field_value_impl(obj, name, T::properties());
}
改为
template <typename T, size_t N = 0>
std::any get_field_value(T* obj, const char* name) {return obj ? __get_field_value_impl(*obj, name, T::properties()) : std::any();
}
就需要对obj进行判空。因为指针的语义是可空，而引用的语义是非空，语义宽松了，也增加了一种新的错误类型（第一种错误是找不到，新增了对象为空的错误），新引入了一个新的错误这个点确实让我有点纠结，但又没有什么好办法，只能说鱼和熊掌不能兼得呀。
最终，测试代码里MyStruct obj;都变成make_shared即可：auto obj = std::make_shared();
这一轮优化后，完整代码如下：
#include <iostream>
#include <tuple>
#include <stdexcept>
#include <assert.h>
#include <string_view>
#include <optional>
#include <utility> // For std::forward
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <memory>
#include <any>
#include <type_traits> // For std::is_invocable
#include <map>namespace refl {// 这个宏用于创建字段信息
#define REFLECTABLE_PROPERTIES(TypeName, ...) using CURRENT_TYPE_NAME = TypeName; \static constexpr auto properties() { return std::make_tuple(__VA_ARGS__); }
#define REFLECTABLE_MENBER_FUNCS(TypeName, ...) using CURRENT_TYPE_NAME = TypeName; \static constexpr auto member_funcs() { return std::make_tuple(__VA_ARGS__); }// 这个宏用于创建属性信息，并自动将字段名转换为字符串
#define REFLEC_PROPERTY(Name) refl::Property<decltype(&CURRENT_TYPE_NAME::Name), &CURRENT_TYPE_NAME::Name>(#Name)
#define REFLEC_FUNCTION(Func) refl::Function<decltype(&CURRENT_TYPE_NAME::Func), &CURRENT_TYPE_NAME::Func>(#Func)// 定义一个属性结构体，存储字段名称和值的指针template <typename T, T Value>struct Property {const char* name;constexpr Property(const char* name) : name(name) {}constexpr T get_value() const { return Value; }};template <typename T, T Value>struct Function {const char* name;constexpr Function(const char* name) : name(name) {}constexpr T get_func() const { return Value; }};// 使用 std::any 来处理不同类型的字段值和函数返回值template <typename T, typename Tuple, size_t N = 0>std::any __get_field_value_impl(T& obj, const char* name, const Tuple& tp) {if constexpr (N >= std::tuple_size_v<Tuple>) {return std::any();// Not Found!}else {const auto& prop = std::get<N>(tp);if (std::string_view(prop.name) == name) {return std::any(obj.*(prop.get_value()));}else {return __get_field_value_impl<T, Tuple, N + 1>(obj, name, tp);}}}// 使用 std::any 来处理不同类型的字段值和函数返回值template <typename T, size_t N = 0>std::any get_field_value(T* obj, const char* name) {return obj ? __get_field_value_impl(*obj, name, T::properties()) : std::any();}// 使用 std::any 来处理不同类型的字段值和函数返回值template <typename T, typename Tuple, typename Value, size_t N = 0>std::any __assign_field_value_impl(T& obj, const char* name, const Value& value, const Tuple& tp) {if constexpr (N >= std::tuple_size_v<Tuple>) {return std::any();// Not Found!}else {const auto& prop = std::get<N>(tp);if (std::string_view(prop.name) == name) {if constexpr (std::is_assignable_v<decltype(obj.*(prop.get_value())), Value>) {obj.*(prop.get_value()) = value;return std::any(obj.*(prop.get_value()));}else {assert(false);// 无法赋值 类型不匹配!!return std::any();}}else {return __assign_field_value_impl<T, Tuple, Value, N + 1>(obj, name, value, tp);}}}template <typename T, typename Value>std::any assign_field_value(T* obj, const char* name, const Value& value) {return obj ? __assign_field_value_impl(*obj, name, value, T::properties()) : std::any();}// 成员函数调用相关:template <bool assert_when_error = true, typename T, typename FuncTuple, size_t N = 0, typename... Args>constexpr std::any __invoke_member_func_impl(T& obj, const char* name, const FuncTuple& tp, Args&&... args) {if constexpr (N >= std::tuple_size_v<FuncTuple>) {assert(!assert_when_error);// 没找到！return std::any();// Not Found!}else {const auto& func = std::get<N>(tp);if (std::string_view(func.name) == name) {if constexpr (std::is_invocable_v<decltype(func.get_func()), T&, Args...>) {if constexpr (std::is_void<decltype(std::invoke(func.get_func(), obj, std::forward<Args>(args)...))>::value) {// 如果函数返回空，那么兼容这种casestd::invoke(func.get_func(), obj, std::forward<Args>(args)...);return std::any();}else {return std::invoke(func.get_func(), obj, std::forward<Args>(args)...);}}else {assert(!assert_when_error);// 调用参数不匹配return std::any();}}else {return __invoke_member_func_impl<assert_when_error, T, FuncTuple, N + 1>(obj, name, tp, std::forward<Args>(args)...);}}}template <typename T, typename... Args>constexpr std::any invoke_member_func(T* obj, const char* name, Args&&... args) {constexpr auto funcs = T::member_funcs();return obj ? __invoke_member_func_impl(obj, name, funcs, std::forward<Args>(args)...) : std::any();}template <typename T, typename... Args>constexpr std::any invoke_member_func_safe(T* obj, const char* name, Args&&... args) {constexpr auto funcs = T::member_funcs();return obj ? __invoke_member_func_impl<true>(obj, name, funcs, std::forward<Args>(args)...) : std::any();}template <typename T, typename FuncPtr, typename FuncTuple, size_t N = 0>constexpr const char* __get_member_func_name_impl(FuncPtr func_ptr, const FuncTuple& tp) {if constexpr (N >= std::tuple_size_v<FuncTuple>) {return nullptr; // Not Found!}else {const auto& func = std::get<N>(tp);if constexpr (std::is_same< decltype(func.get_func()), FuncPtr >::value) {return func.name;}else {return __get_member_func_name_impl<T, FuncPtr, FuncTuple, N + 1>(func_ptr, tp);}}}template <typename T, typename FuncPtr>constexpr const char* get_member_func_name(FuncPtr func_ptr) {constexpr auto funcs = T::member_funcs();return __get_member_func_name_impl<T, FuncPtr>(func_ptr, funcs);}// 定义一个类型特征模板，用于获取属性信息template <typename T>struct For {static_assert(std::is_class_v<T>, "Reflector requires a class type.");// 遍历所有字段名称template <typename Func>static void for_each_propertie_name(Func&& func) {constexpr auto props = T::properties();std::apply([&](auto... x) {((func(x.name)), ...);}, props);}// 遍历所有字段值template <typename Func>static void for_each_propertie_value(T* obj, Func&& func) {constexpr auto props = T::properties();std::apply([&](auto... x) {((func(x.name, obj->*(x.get_value()))), ...);}, props);}// 遍历所有函数名称template <typename Func>static void for_each_member_func_name(Func&& func) {constexpr auto props = T::member_funcs();std::apply([&](auto... x) {((func(x.name)), ...);}, props);}};// ===============================================================// 以下是动态反射机制的支持代码：namespace dynamic {// 反射基类class IReflectable : public std::enable_shared_from_this<IReflectable> {public:virtual ~IReflectable() = default;virtual std::string_view get_type_name() const = 0;virtual std::any get_field_value_by_name(const char* name) const = 0;virtual std::any invoke_member_func_by_name(const char* name) = 0;virtual std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1) = 0;virtual std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2) = 0;virtual std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2, std::any param3) = 0;virtual std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2, std::any param3, std::any param4) = 0;// 不能无限增加，会增加虚表大小。最多支持4个参数的调用。};// 类型注册工具class TypeRegistry {public:using CreatorFunc = std::function<std::shared_ptr<IReflectable>()>;static TypeRegistry& instance() {static TypeRegistry registry;return registry;}void register_type(const std::string_view type_name, CreatorFunc creator) {creators[type_name] = std::move(creator);}std::shared_ptr<IReflectable> create(const std::string_view type_name) {if (auto it = creators.find(type_name); it != creators.end()) {return it->second();}return nullptr;}private:std::unordered_map<std::string_view, CreatorFunc> creators;};// 用于注册类型信息的宏
#define DECL_DYNAMIC_REFLECTABLE(TypeName) \friend class refl::dynamic::TypeRegistryEntry<TypeName>; \static std::string_view static_type_name() { return #TypeName; } \virtual std::string_view get_type_name() const override { return static_type_name(); } \static std::shared_ptr<::refl::dynamic::IReflectable> create_instance() { return std::make_shared<TypeName>(); } \static const bool is_registered; \std::any get_field_value_by_name(const char* name) const override { \return refl::get_field_value(this, name); \} \std::any invoke_member_func_by_name(const char* name) override { \return refl::invoke_member_func(static_cast<TypeName*>(this), name); \}\std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1) override { \return refl::invoke_member_func(static_cast<TypeName*>(this), name, param1); \}\std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2) override { \return refl::invoke_member_func(static_cast<TypeName*>(this), name, param1, param2); \}\std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2, std::any param3) override { \return refl::invoke_member_func(static_cast<TypeName*>(this), name, param1, param2, param3); \}\std::any invoke_member_func_by_name(const char* name, std::any param1, std::any param2, std::any param3, std::any param4) override { \return refl::invoke_member_func(static_cast<TypeName*>(this), name, param1, param2, param3, param4); \}\
// 用于在静态区域注册类型的辅助类template <typename T>class TypeRegistryEntry {public:TypeRegistryEntry() {::refl::dynamic::TypeRegistry::instance().register_type(T::static_type_name(), &T::create_instance);}};// 为每个类型定义注册变量，这段宏需要出现在cpp中。
#define REGEDIT_DYNAMIC_REFLECTABLE(TypeName) \const bool TypeName::is_registered = [] { \static ::refl::dynamic::TypeRegistryEntry<TypeName> entry; \return true; \}();}//namespace dynamic//宏用于类中声明信号，并提供一个同名的方法来触发信号。宏参数是函数参数列表。示例：/* void x_value_modified(int param) {IMPL_SIGNAL(param);}*/
#define REFLEC_IMPL_SIGNAL(...) raw_emit_signal_impl(__func__ , __VA_ARGS__)class QObject :public refl::dynamic::IReflectable {private:// 信号与槽的映射，键是信号名称，值是一组槽函数的信息using connections_list_type = std::list<std::tuple< std::weak_ptr<IReflectable>, std::string>>;using connections_type = std::unordered_map<std::string, connections_list_type>;connections_type connections;public:template<typename... Args>void raw_emit_signal_impl(const char* signal_name, Args&&... args) {auto it = connections.find(signal_name);if (it != connections.end()) {auto& slots = it->second; // 获取槽信息列表的引用bool has_invalid_slot = false;for (const auto& slot_info : slots) {auto ptr = std::get<0>(slot_info).lock(); // 锁定弱引用if (ptr) {ptr->invoke_member_func_by_name(std::get<1>(slot_info).c_str(), std::forward<Args>(args)...);}else {has_invalid_slot = true;}}if (has_invalid_slot) {//如果存在无效对象，则执行一轮移除操作auto remove_it = std::remove_if(slots.begin(), slots.end(),[](const auto& slot_info) {return std::get<0>(slot_info).expired(); // 检查弱引用是否失效});slots.erase(remove_it, slots.end());}}else {/*没找到这个信号，要不要assert？*/ }}auto connect(const char* signal_name, refl::QObject* slot_instance, const char* slot_member_func_name) {if (!slot_instance || !signal_name || !slot_member_func_name) {throw std::runtime_error("param is null!");}assert(slot_instance->weak_from_this().lock());//target必须通过make_share构造！！因为要弱引用它std::string str_signal_name(signal_name);auto itMap = connections.find(str_signal_name);if (itMap != connections.end()) {itMap->second.emplace_back(slot_instance->weak_from_this(), slot_member_func_name);//必须插入末尾，因为返回了--end()迭代器指示这个链接return std::make_optional(std::make_tuple(this, itMap, --itMap->second.end()));}else {// 如果没找到，插入新元素到map中，并获取迭代器auto emplace_result = connections.emplace(std::make_pair(std::move(str_signal_name), connections_list_type()));itMap = emplace_result.first;itMap->second.emplace_back(slot_instance->weak_from_this(), slot_member_func_name);return std::make_optional(std::make_tuple(this, itMap, --itMap->second.end()));}}template <typename SlotClass>auto connect(const char* signal_name, std::shared_ptr<SlotClass> slot_instance, const char* slot_member_func_name) {return connect(signal_name, slot_instance.get(), slot_member_func_name);}template <typename SignalClass, typename SignalType, typename SlotClass, typename SlotType>auto connect(SignalType SignalClass::* signal, SlotClass* slot_instance, SlotType SlotClass::* slot) {const char* signal_name = get_member_func_name<SignalClass>(signal);const char* slot_name = get_member_func_name<SlotClass>(slot);if (signal_name && slot_name) {return connect(signal_name, static_cast<QObject*>(slot_instance), slot_name);}throw std::runtime_error("signal name or slot_name is not found!");}template <typename SignalClass, typename SignalType, typename SlotClass, typename SlotType>auto connect(SignalType SignalClass::* signal, std::shared_ptr<SlotClass>& slot_instance, SlotType SlotClass::* slot) {return connect(signal, slot_instance.get(), slot);}template <typename T>bool disconnect(T connection) {//T是个这个类型：std::make_optional(std::make_tuple(this, itMap, it)); 由于T过于复杂，就直接用模板算了if (!connection) {return false;}auto& tuple = connection.value();if (std::get<0>(tuple) != this) {return false;//不是我的connection呀}std::get<1>(tuple)->second.erase(std::get<2>(tuple));return true;}};}// namespace refl// =========================一下为使用示例代码====================================// 用户自定义的结构体
class MyStruct ://public refl::dynamic::IReflectable // 如果不需要动态反射，可以不从public refl::dynamic::IReflectable派生public refl::QObject // 这里我们也测试信号槽等功能，因此从这个类派生
{public:int x{ 10 };double y{ 20.5f };int print() const {std::cout << "MyStruct::print called! " << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl;return 666;}// 如果需要支持动态调用，参数必须是std::any，并且不能超过4个参数。int print_with_arg(std::any param) const {std::cout << "MyStruct::print called! " << " arg is: " << std::any_cast<int>(param) << std::endl;return 888;}// 定义一个方法，用作槽函数，必须在REFLECTABLE_MENBER_FUNCS列表中，不支持返回值，并且参数必须是std::any，不能超过4个参数。std::any on_x_value_modified(std::any& new_value) {int value = std::any_cast<int>(new_value);std::cout << "MyStruct::on_x_value_modified called! New value is: " << value << std::endl;return 0;}void x_value_modified(std::any param) {REFLEC_IMPL_SIGNAL(param);}REFLECTABLE_PROPERTIES(MyStruct,REFLEC_PROPERTY(x),REFLEC_PROPERTY(y));REFLECTABLE_MENBER_FUNCS(MyStruct,REFLEC_FUNCTION(print),REFLEC_FUNCTION(print_with_arg),REFLEC_FUNCTION(on_x_value_modified),REFLEC_FUNCTION(x_value_modified));DECL_DYNAMIC_REFLECTABLE(MyStruct)//动态反射的支持，如果不需要动态反射，可以去掉这行代码
};//动态反射注册类，注册创建工厂
REGEDIT_DYNAMIC_REFLECTABLE(MyStruct)int main() {auto obj = std::make_shared<MyStruct>();// # 静态反射部分：// 打印所有字段名称refl::For<MyStruct>::for_each_propertie_name([](const char* name) {std::cout << "Field name: " << name << std::endl;});// 打印所有字段值refl::For<MyStruct>::for_each_propertie_value(obj.get(), [](const char* name, auto&& value) {std::cout << "Field " << name << " has value: " << value << std::endl;});// 打印所有函数名称refl::For<MyStruct>::for_each_member_func_name([](const char* name) {std::cout << "Member func name: " << name << std::endl;});// 获取特定成员的值，如果找不到成员，则返回默认值auto x_value = refl::get_field_value(obj.get(), "x");std::cout << "Field x has value: " << std::any_cast<int>(x_value) << std::endl;auto y_value = refl::get_field_value(obj.get(), "y");std::cout << "Field y has value: " << std::any_cast<double>(y_value) << std::endl;//修改值：refl::assign_field_value(obj.get(), "y", 33.33f);y_value = refl::get_field_value(obj.get(), "y");std::cout << "Field y has modifyed,new value is: " << std::any_cast<double>(y_value) << std::endl;auto z_value = refl::get_field_value(obj.get(), "z"); // "z" 不存在if (z_value.type().name() == std::string_view("int")) {std::cout << "Field z has value: " << std::any_cast<int>(z_value) << std::endl;}// 通过字符串调用成员函数 'print'auto print_ret = refl::invoke_member_func_safe(obj.get(), "print");std::cout << "print member return: " << std::any_cast<int>(print_ret) << std::endl;std::cout << "---------------------动态反射部分：" << std::endl;// 动态反射部分(动态反射完全不需要知道类型MyStruct的定义)：// 动态创建 MyStruct 实例并调用方法auto instance = refl::dynamic::TypeRegistry::instance().create("MyStruct");if (instance) {std::cout << "Dynamic instance type: " << instance->get_type_name() << std::endl;// 这里可以调用 MyStruct 的成员方法auto x_value2 = instance->get_field_value_by_name("x");std::cout << "Field x has value: " << std::any_cast<int>(x_value2) << std::endl;instance->invoke_member_func_by_name("print");instance->invoke_member_func_by_name("print_with_arg", 10);//instance->invoke_member_func_by_name("print_with_arg", 20, 222);//这个调用会失败，命中断言，因为print_with_arg只接受一个函数}// 信号槽部分：std::cout << "---------------------信号槽部分：" << std::endl;auto obj1 = std::make_shared<MyStruct>();auto obj2 = std::make_shared<MyStruct>();// 连接obj1的信号到obj2的槽函数auto connection_id = obj1->connect("x_value_modified", obj2.get(), "on_x_value_modified");if (!connection_id) {std::cout << "Signal x_value_modified from obj1 connected to on_x_value_modified slot in obj2." << std::endl;}obj1->x_value_modified(42);// 触发信号// 断开连接obj1->disconnect(connection_id);// 再次触发信号，应该没有任何输出，因为已经断开连接obj1->x_value_modified(84);// 使用成员函数指针版本的connectconnection_id = obj1->connect(&MyStruct::x_value_modified, obj2, &MyStruct::on_x_value_modified);if (!connection_id) {std::cout << "Signal connected to slot." << std::endl;}obj1->x_value_modified(666);// 触发信号return 0;
}