C++中怎样实现观察者模式 事件驱动设计实现方案

在c++中实现观察者模式的核心是建立发布-订阅机制以实现对象间解耦通信。1. 首先定义observer和subject接口，observer提供update()方法接收通知，subject提供attach()、detach()和notify()管理观察者并触发通知；2. 具体被观察者如concretesubject继承subject，维护观察者列表并在状态变化时调用notify()遍历更新；3. 可通过传递参数增强update()功能，使用智能指针避免内存泄漏，或采用函数对象与事件名机制构建事件总线提升灵活性；4. 注意避免循环引用导致内存泄漏，多线程环境下加锁保障线程安全，必要时进行性能优化并支持观察者优先级排序执行。

在C++中实现观察者模式，核心在于建立一个“发布-订阅”机制，让对象之间可以解耦通信。观察者模式常用于事件驱动设计中，比如UI组件响应用户操作、系统模块间的消息通知等。

要实现它，关键是要设计好“被观察者（Subject）”和“观察者（Observer）”之间的关系，并支持多播通知。

1. 使用接口抽象观察者与被观察者

为了实现松耦合，通常会定义两个接口类：Observer 和 Subject。

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class Observer {
public:
    virtual void update() = 0; // 接收通知的方法
    virtual ~Observer() = default;
};

class Subject {
public:
    virtual void attach(Observer* observer) = 0;
    virtual void detach(Observer* observer) = 0;
    virtual void notify() = 0;
    virtual ~Subject() = default;
};

这样做的好处是，你可以在不修改主体逻辑的情况下替换或扩展具体观察者的行为。

实际使用时，你的具体类继承这些接口并实现方法：

• attach() 用来注册观察者；
• detach() 取消注册；
• notify() 遍历所有观察者并调用它们的 update() 方法。

2. 被观察者的典型实现方式

通常，你会有一个具体的被观察者类来维护一组观察者指针，并在状态变化时通知它们。

例如：

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class ConcreteSubject : public Subject {
private:
    std::vector observers_;

public:
    void attach(Observer* observer) override {
        observers_.push_back(observer);
    }

    void detach(Observer* observer) override {
        observers_.erase(std::remove(observers_.begin(), observers_.end(), observer), observers_.end());
    }

    void notify() override {
        for (auto* obs : observers_) {
            obs->update();
        }
    }

    void doSomethingAndNotify() {
        // 模拟状态改变
        std::cout << "Subject state changed, notifying observers...\n";
        notify();
    }
};

在这个结构里，当 doSomethingAndNotify() 被调用时，就会触发所有已注册观察者的更新动作。

3. 观察者的灵活处理方式

除了基础的接口实现，你还可以做一些优化或增强：

• 传递参数：update() 函数可以加参数，比如传入事件类型或数据：

  virtual void update(EventType type, const Data& data) = 0;

• 使用智能指针管理生命周期：避免手动管理指针导致的内存泄漏问题，可以用 std::shared_ptr 或 std::weak_ptr 来替代裸指针。

• 使用函数对象/lambda表达式：更现代的做法是使用 std::function 和 std::map<:string std::function>> 实现基于事件名的通知机制，类似JavaScript中的事件监听器。

比如：

using EventHandler = std::function;

class EventSystem {
    std::map> handlers_;

public:
    void on(const std::string& event, EventHandler handler) {
        handlers_[event].push_back(handler);
    }

    void trigger(const std::string& event) {
        if (handlers_.find(event) != handlers_.end()) {
            for (const auto& handler : handlers_[event]) {
                handler();
            }
        }
    }
};

这种方式适合构建轻量级事件总线，适用于GUI框架、游戏开发等场景。

4. 常见注意事项和技巧

• 避免循环引用：观察者和被观察者之间不要互相持有对方的强引用，否则容易造成内存泄漏。
• 线程安全：如果是在多线程环境下使用观察者模式，注意对观察者列表的操作加锁。
• 性能优化：频繁的通知可能影响性能，可以考虑延迟通知、批量处理等方式。
• 优先级排序：某些情况下需要按优先级执行观察者回调，可以给观察者添加优先级字段，在 notify() 中排序后再执行。

基本上就这些了。观察者模式在C++中虽然不像脚本语言那样方便，但通过接口抽象和现代C++特性的结合，还是能很好地支持事件驱动的设计需求。