基于C++实现的EventLoop与事件驱动编程

一，概念介绍

事件驱动编程（Event-Driven）是一种编码范式，常被应用在图形用户界面，应用程序，服务器开发等场景。

采用事件驱动编程的代码中，通常要有事件循环，侦听事件，以及不同事件所对应的回调函数。

事件驱动编程经常被应用在前端开发以及C++服务器开发等场景。

Event即事件，是事件驱动编程中的基本处理单元，可以理解为各种各样的信号，对于UI界面来说，鼠标点击、键盘输入、触摸屏输入都可以理解为事件。

事件循环模式（Event loop）是一种简单且高效的并发编程模式，当前业界有很多主流的C++编程框架比如libevent，libuv，Boost.Asio等都支持事件循环机制。但是考虑代码封装上的简洁，我们也可以借助C++11标准实现自己的事件循环代码。通过事件循环，程序可以支持非阻塞的异步操作，提高系统的性能。

步骤示意图：

拿Event填充Event队列：

客户端只管发起请求，触发相应的事件，其他步骤交给队列去处理：

EventLoop样例代码：

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>class EventManager {
private:std::map<std::string, std::vector<void (*)(int)> > events;public:EventManager() {}EventManager* eventRegist(std::string event_name, void (*callback)(int)) {std::vector<void (*)(int)>* listeners = &events[event_name];// if this listener is already registered, we wont add it againif (std::find(listeners->begin(), listeners->end(), callback) !=  listeners->end()) {return this;}listeners->push_back(callback);return this;}bool emit(std::string event_name, int arg) {std::vector<void (*)(int)> listeners = events[event_name];if (listeners.size() == 0) return false;for (int idx = 0; idx < listeners.size(); idx += 1) {listeners[idx](arg);}return true;}
};void callback1(int num) {std::cout << "callback1-" << num << std::endl;
}
void callback2(int num) {std::cout << "callback2-" << num << std::endl;
}int main() {EventManager* event_manager = new EventManager();//注册回调函数event_manager->eventRegist("event1", callback1);event_manager->eventRegist("event2", callback2);//执行回调函数int eventA = event_manager->emit("event1", 10);int eventB = event_manager->emit("event2", 20);return 0;
}

运行结果：

callback1-10
callback2-20

根据以上代码样例，我们发现事件驱动编程通常有以下编码元素：

1.回调函数：回调函数可以是预定义的函数，也可以是匿名函数或Lambda表达式。

2.注册回调：将回调函数赋值给Event的一个std::function成员变量，再将Event添加到Event Loop对应的队列中。

3.触发Event对应的请求以后，从队列中执行事件对应的回调函数。

二，Event Loop步骤拆解

事件循环（Event loop）是一种轮询机制，这种轮询是异步的，有时候轮询和事件注册发生在不同的线程中。

事件循环特别适用于异步编程，在事件循环中，程序会不断地等待事件的发生，并根据事件的类型和优先级来执行相应的处理逻辑。

事件循环主要由以下四个部分组成：

1.事件队列(Event Queue):

用于存储待处理的事件，每个事件都包含一个回调函数和相应的函数参数。

2.事件触发器(Event Trigger):

负责监听外部事件（如用户输入、网络请求等），并将事件添加到事件队列中。

3.事件处理器(Event Handler):

从事件队列中取出对应事件，并执行事件的回调函数。

4.回调函数(Callback Function):

与特定事件相关联的函数，当对应的事件发生时才会被调用执行。回调函数只有被"注册"到事件队列中才会被调用执行。所谓的"注册"就是将回调函数赋值给Event对应的函数对象。

事件循环（Event Loop）是一个无限循环，它会不断地从事件队列中取出事件，并执行对应的回调函数。在有些模式下，事件循环会检查事件队列是否为空，如果为空则会进入休眠状态等待新的事件到来。

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事件循环的基本流程如下：

step.01:初始化事件队列。

step.02:进入循环，等待事件的发生。

step.03:当监听的事件被触发时，将事件添加到事件队列中。

step.04:从事件队列中取出一个事件，并异步执行对应的回调函数。

step.05:返回第2步，继续等待下一个事件的发生。

注意：step.01~step.05并不只发生在同一个线程中，很多时候，回调函数的调用会放在子线程中进行。

参考以上步骤，我们可以设计以下Event Loop代码：

#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>class EventLoop
{
public:using callable_t = std::function<void()>;EventLoop() = default;~EventLoop() noexcept{enqueue([this]{m_running = false;});std::cout << "step.02: other thread print.\n";m_thread.join();}//禁用移动构造 & 拷贝构造EventLoop(const EventLoop&) = delete;EventLoop(const EventLoop&&) = delete;EventLoop& operator= (const EventLoop&) = delete;EventLoop& operator= (const EventLoop&&)  = delete;void enqueue(callable_t&& callable) noexcept{{std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);m_writeBuffer.emplace_back(std::move(callable));}m_condVar.notify_one();}
private:std::vector<callable_t> m_writeBuffer;std::mutex m_mutex;std::condition_variable m_condVar;bool m_running{ true };std::thread m_thread{ &EventLoop::threadFunc, this};void threadFunc() noexcept{std::vector<callable_t> readBuffer;while (m_running){{std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);m_condVar.wait(lock, [this]{return !m_writeBuffer.empty();});std::swap(readBuffer, m_writeBuffer);}for (callable_t& func : readBuffer){func();}readBuffer.clear();}std::cout << "step.03: event loop end.\n";}
};int main()
{EventLoop eventLoop;eventLoop.enqueue([]{std::cout << "Event_01 is running.\n";});eventLoop.enqueue([]{std::cout << "Event_02 is running.\n";});eventLoop.enqueue([]{std::cout << "Event_03 is running.\n";});std::cout << "step.01: main thread print.\n";
}

运行结果：

step.01: main thread print.
step.02: other thread print.
Event_01 is running.
Event_02 is running.
Event_03 is running.
step.03: event loop end.

三，事件驱动代码实战

Demo1：没有添加Event Loop，主要运行Callback回调函数

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>
// 定义回调函数类型
typedef std::function<void(std::string str)> Callback;
// 模拟用户输入事件
void simulateUserInput(Callback callback_func) {std::string input;std::cout << "请输入一段文字：";getline(std::cin, input);callback_func(input);  // 触发回调函数
}
// 处理用户输入事件的回调函数
void handleUserInput(std::string inputStr) {std::cout << "用户输入事件已触发！" << std::endl;std::cout << "用户输入的是： " << inputStr << std::endl;return;
}int main() {simulateUserInput(handleUserInput);return 0;
}

运行结果：

请输入一段文字：hello
用户输入事件已触发！
用户输入的是：hello

Demo2：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <queue>
//定义事件类型
typedef std::function<void()> Event;
//事件队列
std::queue<Event> eventQueue;
//注册回调函数
void registerEventHandler(Event event) {eventQueue.push(event);
}
//事件处理器
void processEvents() {while (!eventQueue.empty()) {Event event = eventQueue.front();event();  //调用回调函数eventQueue.pop();}
}
//回调函数
void callback1() {std::cout << "Callback 1 called" << std::endl;
}
void callback2() {std::cout << "Callback 2 called" << std::endl;
}
int main() {//注册回调函数到事件队列registerEventHandler(callback1);registerEventHandler(callback2);//处理事件processEvents();return 0;
}

运行结果：

Callback 1 called
Callback 2 called

Demo3：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <queue>
//定义Event结构体
struct Event {std::function<void()> callback;
};
//定义事件处理器
class EventHandler {
public:void handleEvent(Event event) {event.callback();}
};
//定义事件循环
class EventLoop {
public:void addEvent(Event event) {eventQueue.push(event);}void run() {while (!eventQueue.empty()) {Event event = eventQueue.front();eventQueue.pop();eventHandler.handleEvent(event);}}
private:std::queue<Event> eventQueue;EventHandler eventHandler;
};
int main() {//创建事件循环对象EventLoop eventLoop;//回调函数std::function<void()> callback1 = []() {std::cout << "Event 1 triggered!" << std::endl;};std::function<void()> callback2 = []() {std::cout << "Event 2 triggered!" << std::endl;};//创建事件并添加到事件循环中Event event1{ callback1 };Event event2{ callback2 };eventLoop.addEvent(event1);eventLoop.addEvent(event2);//运行事件循环eventLoop.run();return 0;
}

运行结果：