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C++ 观察者模式详解

news 来源：原创 2025/8/6 2:52:47

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为设计模式，它定义了对象间的一对多依赖关系，当一个对象（主题）状态改变时，所有依赖它的对象（观察者）都会自动得到通知并更新。

核心概念

设计原则

观察者模式遵循以下设计原则：

  1. 松耦合：主题和观察者之间松耦合

  2. 开闭原则：可以新增观察者而不修改主题

  3. 抽象耦合：主题只依赖观察者抽象接口

主要优点

  1. 动态订阅：观察者可动态订阅或取消订阅

  2. 广播通信：主题可通知多个观察者

  3. 解耦：分离观察者和被观察者

  4. 事件处理：适用于事件驱动系统

模式结构

主要组件

  1. Subject（主题/被观察者）

    • 维护观察者列表

    • 提供注册/注销观察者的接口

    • 状态改变时通知观察者

  2. Observer（观察者接口）

    • 定义更新接口

  3. ConcreteObserver（具体观察者）

    • 实现更新接口

    • 维护对主题的引用（可选）

完整代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <algorithm>
#include <string>// ==================== 观察者接口 ====================
class Observer {
public:virtual void update(const std::string& message) = 0;virtual ~Observer() = default;
};// ==================== 主题接口 ====================
class Subject {std::vector<Observer*> observers_;std::string state_;public:void attach(Observer* observer) {observers_.push_back(observer);}void detach(Observer* observer) {observers_.erase(std::remove(observers_.begin(), observers_.end(), observer),observers_.end());}void notify() {for (auto observer : observers_) {observer->update(state_);}}void setState(const std::string& state) {state_ = state;notify();}std::string getState() const {return state_;}
};// ==================== 具体观察者 ====================
class ConcreteObserver : public Observer {std::string name_;std::string observerState_;Subject* subject_;public:ConcreteObserver(const std::string& name, Subject* subject): name_(name), subject_(subject) {subject_->attach(this);}~ConcreteObserver() {if (subject_) {subject_->detach(this);}}void update(const std::string& message) override {observerState_ = message;std::cout << "观察者 " << name_ << " 收到更新: " << observerState_ << std::endl;}void unsubscribe() {if (subject_) {subject_->detach(this);subject_ = nullptr;}}
};// ==================== 客户端代码 ====================
int main() {std::cout << "=== 观察者模式演示 ===" << std::endl;// 创建主题Subject subject;// 创建观察者ConcreteObserver observer1("观察者1", &subject);ConcreteObserver observer2("观察者2", &subject);ConcreteObserver observer3("观察者3", &subject);// 改变主题状态，观察者会自动收到通知std::cout << "\n第一次状态改变:" << std::endl;subject.setState("状态1");// 观察者2取消订阅observer2.unsubscribe();// 再次改变状态std::cout << "\n第二次状态改变(观察者2已取消订阅):" << std::endl;subject.setState("状态2");// 动态添加新观察者std::cout << "\n添加新观察者:" << std::endl;ConcreteObserver observer4("观察者4", &subject);subject.setState("状态3");return 0;
}

模式变体

1. 推模型 vs 拉模型

// 推模型 - 主题将详细数据推送给观察者
class PushObserver {
public:virtual void update(int temp, int humidity, float pressure) = 0;
};// 拉模型 - 观察者从主题拉取所需数据
class PullObserver {
public:virtual void update(Subject* subject) = 0; // 观察者自己获取数据
};

2. 使用智能指针管理观察者

class SafeSubject {std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers_;void notify() {auto it = observers_.begin();while (it != observers_.end()) {if (auto observer = it->lock()) {observer->update(state_);++it;} else {it = observers_.erase(it);}}}
};

3. 线程安全的观察者模式

#include <mutex>class ThreadSafeSubject {std::vector<Observer*> observers_;mutable std::mutex mtx_;public:void attach(Observer* observer) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);observers_.push_back(observer);}void notify() {std::vector<Observer*> observersCopy;{std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);observersCopy = observers_;}for (auto observer : observersCopy) {observer->update(state_);}}
};

实际应用场景

  1. GUI事件处理：按钮点击、键盘输入等事件监听

  2. 发布-订阅系统：消息队列、新闻推送

  3. 股票行情更新：股价变动通知投资者

  4. 游戏引擎：游戏状态变化通知UI更新

  5. 分布式系统：配置变更通知多个节点

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