如何检索由带通配符的字符串索引的对象？

Question

在一个进程中，我有一个 MQTT 客户端线程（类 MQTTManager），其作用是管理由许多对象（派生自 MQTTUser 接口类）进行的订阅。 每当发布主题时，MQTTManager 实例必须检索消息并将消息重定向到相应的对象。

MQTT 主题可以有通配符，MQTTUser 实例在注册到 MQTTManager 时经常使用此功能。

我在设计一种检索对象的有效方法时遇到了麻烦，即不比较每个已注册的字符串和处理通配符。

提醒一下，“+”是一个主题级别的通配符（两个“/”字符之间的单词），而“#”是多个主题级别的通配符）。 您只能在字符串末尾找到# 。 它仅表示“直到字符串结尾的任何主题级别序列”。

例子：

• MQTTUser 实例“foo”使用字符串“ foo/# ”注册到 MQTTManager
• 另一个实例“bar”使用字符串“ bar/# ”注册到 MQTTManager
• 第三个实例“tricky”使用字符串“ +/class/+/temp/# ”注册到 MQTTManager

如果发布主题“ foo/net/5 ”，MQTTManager 实例应将消息重定向到“foo”实例。

主题“ bar/class/5/temp/cpu/5 ”将被重定向到“bar”和“tricky”实例。

最后，主题“ flop/class/0 ”不会发送给任何对象。

我正在寻找一种设计，其中 MQTTManager 实例可以快速找到相关对象，而不必解析每个已注册的字符串。 我困惑地觉得一个简单的地图结构是不够的。

我使用 C++17 编译器，因此可以使用大多数现代 C++ 功能。

谢谢你的帮助。

编辑：好的，对于任何有类似问题的人，这是我的解决方案。 我首先有一个主题级别的课程：

class topicLevel {
public:
    topicLevel();

    void addUser(std::string const& topic, MQTTUser* user);
    void processTopic(std::string const &completeTopic, std::string const &topic, std::string const& payload, std::set<MQTTUser*> &alreadyFound);

private:
    std::map<std::string, topicLevel> registeredTopics;
    std::list<MQTTUser*> relevantUser;
};

此类包含订阅此主题级别的对象，以及子主题级别的映射。

我的 MQTTManager 类为根主题创建了此类的一个实例：

class MQTTManager : public mqtt_client {
public:
    MQTTManager();
    virtual ~MQTTManager() override {}

    void registerUser(MQTTUser *user);
    virtual void on_message(std::string topic, std::string message) override;

private:
    topicLevel rootTopic;
};

从这一点开始，MQTTUser 实例通过 registerUser 方法注册：

void MQTTManager::registerUser(MQTTUser *user) {
    if (nullptr != user) {
        std::list<std::string> topics;
        user->getTopics(topics);
        for (auto const& t: topics) {
            if (t.empty() == false) {
                rootTopic.addUser(t, user);
                subscribe(t);
            }
        }
    }
}

MQTTUser 想要订阅的每个主题都由根主题实例通过 addUser 方法处理：

void topicLevel::addUser(std::string const& topic, MQTTUser* user) {
    std::string root, subTopics;
    extractRootTopic(topic, root, subTopics);
    if ((root.compare("#") == 0) || (root.empty() == true)) {
        relevantUser.push_back(user);
    } else {
        auto [ instance, success ] = registeredTopics.insert(std::make_pair(root, topicLevel()));
        instance->second.addUser(subTopics, user);
    }
}

该方法首先处理主题字符串，提取根主题（即第一个）和字符串的其余部分（即子主题）。 如果根主题为“#”或为空，则用户应在 topicLevel 实例中注册。

否则，根主题成为存储在映射中的新主题级别实例的键（索引）。 然后在这个新实例上调用“addUser”方法，将子主题字符串作为参数。

从这一点开始，出版物已准备好进行处理。 发布主题时，MQTTManager 实例调用根主题实例方法“processTopic”：

void MQTTManager::on_message(std::string topic, std::string message) {
    std::set<MQTTUser*> alreadyFound;
    rootTopic.processTopic(topic, topic, message, alreadyFound);
}

我们使用一组 MQTTUser (alreadyFound) 来提醒我们已经将发布重定向到哪个相关用户。 如果一个 MQTTUser 订阅了多个主题，就会出现这种警告：存在一个发布与这些订阅中的许多匹配的风险。 但是，该发布应该仅由 MQTTUser 实例处理一次。

processTopic 方法是这样的：

void topicLevel::processTopic(const std::string &completeTopic, std::string const &topic, std::string const& payload, std::set<MQTTUser *> &alreadyFound) {
    std::string root, subTopics;
    for (MQTTUser* user: relevantUser) {
        if (alreadyFound.find(user) == alreadyFound.end()) {
            alreadyFound.insert(user);
            user->on_message(completeTopic,payload);
        }
    }
    extractRootTopic(topic, root, subTopics);
    auto wildcardInstance = registeredTopics.find("+");
    if (wildcardInstance != registeredTopics.end()) {
        wildcardInstance->second.processTopic(completeTopic, subTopics, payload, alreadyFound);
    }
    auto rootInstance = registeredTopics.find(root);
    if (rootInstance != registeredTopics.end()) {
        rootInstance->second.processTopic(completeTopic, subTopics, payload, alreadyFound);
    }
}

调用此方法时，在此 topicLevel 实例中注册的 MQTTUser 应收到消息：这是在函数的第一部分完成的（如果之前未完成）。 然后我们必须继续处理子主题，因此我们提取根主题以找到下一个主题级别实例。 这里有一个小细节：使用通配符 ('+') 注册的主题将被视为潜在候选者，因此我们首先搜索此字符作为根主题索引，并在找到的实例（如果有）上调用 processTopic。 最后，我们查找具有根主题的 topicLevel 实例，如果找到，则对其调用 processTopic。

就是这样，如果你有更好的实现，请发表评论。 我会编辑我的帖子。

Answer 1

您可以做的简单事情是以第一个主题部分为键进行映射。 您的三个示例订阅者将被键入为“foo”、“bar”和“+”。

然后将主题映射到订阅者。 关键是要发布的完整主题名称。

当你想发布一个主题时，在第二个映射中查找它。 如果找到，只需将其发送给那些订阅者即可。 如果不是，则在第一个映射中查找主题的第一部分（始终包括第一部分为“+”或“#”的订阅者）并根据该主题检查所有订阅者模式。 这是 O(n)，但每个新主题你只做一次，所以它可能没问题。