观察者模式的C++实现示例

核心思想

观察者模式是一种行为型设计模式，定义了对象之间的一对多依赖关系。当一个对象（称为Subject，主题）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象（称为Observer，观察者）都会自动收到通知并更新。

**Subject：**维护观察者列表，提供注册、移除观察者的方法，以及通知观察者的功能。
**Observer：**定义一个更新接口，用于在Subject状态改变时接收通知。
观察者模式的核心是解耦：Subject和Observer之间没有直接依赖，Subject只需通知Observer，而不需要知道Observer的具体实现。

使用场景

事件驱动系统：如GUI框架中，按钮点击事件通知多个监听器。
发布-订阅模型：如消息队列、事件总线。
数据与UI同步：如MVC架构中，Model变化时自动更新View。
监控系统：如系统状态变化时通知多个监控服务。
游戏开发：如角色状态变化时通知多个UI组件或AI系统。

解决的问题

紧耦合问题：

在传统设计中，Subject需要直接调用Observer的方法，导致两者紧耦合。观察者模式通过引入Observer接口，使Subject和Observer解耦。

动态更新问题：

当Subject状态变化时，需要手动调用所有依赖对象的更新方法。观察者模式通过notify方法自动通知所有Observer。

可扩展性问题：

新增Observer时，需要修改Subject的代码。观察者模式允许动态注册和移除Observer，无需修改Subject。

示例代码

#include <iostream>
#include <list>
#include <memory>
#include <mutex>// 观察者接口
class Observer {
public:virtual ~Observer() = default;virtual void update(const std::string& message) = 0;
};// 主题基类
class Subject {
protected:std::list<std::weak_ptr<Observer>> observers;  // 使用weak_ptr防止循环引用std::mutex mutex;//多线程环境下需要使用
public:// 添加观察者（使用智能指针管理）void attach(const std::shared_ptr<Observer> observer){std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);observers.push_back(observer);}// 移除观察者void detach(const std::shared_ptr<Observer> observer){std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);auto it = observers.begin();while(it != observers.end()){//std::weak_ptr的lock()方法返回对应的std::shared_ptrif(observer == it->lock()){it = observers.erase(it);continue;}it++;}}// 通知所有观察者void notify(const std::string& message){std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);auto it = observers.begin();while (it != observers.end()){//检查观察者是否有效，因为观察者有可能在别的地方被清理了if (!it->expired()){//std::weak_ptr的lock()方法返回对应的std::shared_ptr，只能通过std::shared_ptr操作管理的对象it->lock()->update(message);++it;}else{it = observers.erase(it);  // 自动清理失效的观察者}}}
};// 具体主题：新闻发布器
class NewsPublisher : public Subject {
public:void publishNews(const std::string& news){std::cout << "publishNews: " << news << std::endl;notify(news);  // 通知所有观察者}
};// 具体观察者1：邮件订阅者
class EmailSubscriber : public Observer
{
public:~EmailSubscriber(){std::cout << "EmailSubscriber destroyed"<< std::endl;}void update(const std::string& message) override{std::cout << "EmailSubscriber recive: " << message << std::endl;}
};// 具体观察者2：短信订阅者
class SMSSubscriber : public Observer
{
public:~SMSSubscriber(){std::cout << "SMSSubscriber destroyed"<< std::endl;}void update(const std::string& message) override{std::cout << "SMSSubscriber recive: " << message << std::endl;}
};int main() {// 创建主题NewsPublisher publisher;// 创建观察者（使用智能指针）auto emailSubscriber = std::make_shared<EmailSubscriber>();auto smsSubscriber = std::make_shared<SMSSubscriber>();// 注册观察者publisher.attach(emailSubscriber);publisher.attach(smsSubscriber);// 发布新闻（通知所有观察者）publisher.publishNews("C++20 has been published!");// 移除一个观察者publisher.detach(smsSubscriber);publisher.publishNews("designe patten meeting");// 测试观察者自动清理{auto tempSubscriber = std::make_shared<EmailSubscriber>();publisher.attach(tempSubscriber);publisher.publishNews("temporary news");}  // tempSubscriber离开作用域，自动解除注册publisher.publishNews("only subscriber recived this message.");return 0;
}

运行输出

publishNews: C++20 has been published!
EmailSubscriber recive: C++20 has been published!
SMSSubscriber recive: C++20 has been published!
publishNews: designe patten meeting
EmailSubscriber recive: designe patten meeting
publishNews: temporary news
EmailSubscriber recive: temporary news
EmailSubscriber recive: temporary news
EmailSubscriber destroyed
publishNews: only subscriber recived this message.
EmailSubscriber recive: only subscriber recived this message.
SMSSubscriber destroyed
EmailSubscriber destroyed