C++20约束限制TFunction为指定签名函数 转换TS订阅代码

核心约束实现（对应TS extends Function 泛型限制） #

C++20 可以通过 concept 机制在编译期限制模板参数类型，完全替代老版本SFINAE的繁琐写法：

• 通用可调用约束：匹配所有普通函数、函数指针、lambda、重载operator()的自定义函数对象，对应TS里TFunction extends Function的规则
• 指定签名约束：精确限制可调用对象的返回值、参数列表类型，不符合的类型直接编译报错

两个常用约束的实现如下：

#include <concepts>
// 任意可调用类型约束
template <typename T>
concept AnyCallable = requires(T& t) {
    &T::operator();
} || std::is_function_v<std::remove_pointer_t<T>> || std::is_member_function_pointer_v<T>;

// 指定签名约束，用法：CallableSig<T, void(int, std::string)> 代表T必须是接收int、string返回void的可调用类型
template <typename T, typename Sig>
concept CallableSig = std::is_convertible_v<T, std::function<Sig>>;

完整代码实现 #

对应TS接口和类的逻辑，注意C++没有GC，需要手动处理闭包的生命周期安全，避免悬垂指针：

#include <vector>
#include <functional>
#include <memory>
#include <algorithm>
#include <cstdint>

// 前置声明
template <AnyCallable TFunction>
class Subscriptions;

template <AnyCallable TFunction>
struct Subscription {
    // 对应TS readonly subscriber，加const禁止外部修改
    const TFunction subscriber;
    // 存储unsubscribe闭包
    std::function<void()> unsubscribe;
    // 自增唯一ID，解决可调用对象相等判断的兼容问题
    uint64_t id = 0;
};

// 默认模板参数对齐TS默认值：任意可调用类型
template <AnyCallable TFunction = std::function<void()>>
class Subscriptions : public std::enable_shared_from_this<Subscriptions<TFunction>> {
private:
    std::vector<Subscription<TFunction>> _subscriptions;
    uint64_t _id_counter = 0;
    // 构造函数私有，强制通过工厂方法创建，保证shared_from_this合法
    Subscriptions() = default;
public:
    static std::shared_ptr<Subscriptions> create() {
        return std::shared_ptr<Subscriptions>(new Subscriptions());
    }

    Subscription<TFunction> subscribe(TFunction f) {
        auto weak_this = this->weak_from_this();
        uint64_t new_id = ++_id_counter;
        Subscription<TFunction> sub{
            .subscriber = std::move(f),
            .unsubscribe = [weak_this, new_id]() {
                if (auto self = weak_this.lock()) {
                    // 按ID删除更稳妥，兼容所有可调用类型，和原TS逻辑等价
                    std::erase_if(self->_subscriptions, [new_id](const Subscription<TFunction>& s) {
                        return s.id == new_id;
                    });
                }
            },
            .id = new_id
        };
        _subscriptions.push_back(sub);
        return sub;
    }

    // 辅助接口：获取当前订阅总数
    size_t count() const {
        return _subscriptions.size();
    }
};

使用示例 #

#include <iostream>
int main() {
    // 1. 默认任意可调用类型场景
    auto subs = Subscriptions<>::create();
    auto sub1 = subs->subscribe([]() { std::cout << "trigger sub1\n"; });
    auto sub2 = subs->subscribe([]() { std::cout << "trigger sub2\n"; });
    std::cout << "current sub count: " << subs->count() << "\n"; // 输出2
    sub1.unsubscribe();
    std::cout << "after unsubscribe count: " << subs->count() << "\n"; // 输出1

    // 2. 指定函数签名场景：限制为接收int返回void的处理函数
    using HandlerSig = void(int);
    auto int_subs = Subscriptions<std::function<HandlerSig>>::create();
    auto int_sub = int_subs->subscribe([](int val) { std::cout << "get value: " << val << "\n"; });
    int_sub.subscriber(456); // 输出get value: 456
    int_sub.unsubscribe();
    std::cout << "int subs count after unsub: " << int_subs->count() << "\n"; // 输出0
}

关键说明 #

• 约束生效逻辑：如果给Subscriptions传入不可调用类型（比如int、std::string），编译器会直接抛出约束不满足的错误，不需要运行时检查，和TS泛型约束的行为完全对齐
• lambda闭包处理：unsubscribe逻辑直接用C++lambda实现，通过std::weak_ptr捕获所属Subscriptions对象的弱引用，调用时先判断对象是否存活，从根源避免野指针崩溃，比TS的GC管理更安全可控
• 删除逻辑优化：原TS通过filter生成新数组实现删除，这里用std::erase_if直接在原容器上操作，性能更高；同时改用唯一ID匹配订阅项，解决了有捕获lambda无法直接比较相等的问题，逻辑比原TS实现更严谨
• 签名约束扩展：如果需要强制模板参数必须匹配指定签名，只需要把模板参数声明从AnyCallable TFunction换成CallableSig<TFunction, 你需要的签名>即可，比如template <CallableSig<void(int)> TFunction>就会限制所有传入的函数必须是接收int返回void的类型

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kalamar