C++如何实现观察者模式_C++实现松耦合的发布-订阅设计模式

观察者模式通过主题-观察者机制实现一对多依赖，状态变更时自动通知所有观察者。主题类维护观察者列表并提供注册、注销和通知接口，使用抽象基类降低耦合；观察者接口定义更新方法，具体观察者在update中响应状态变化。C++通过虚函数和指针实现松耦合，适用于事件处理、GUI更新等场景，提升系统可扩展性与可维护性。

观察者模式是一种行为设计模式，适用于对象间一对多依赖关系的场景。当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会自动收到通知。这种机制在事件处理系统、GUI界面更新、消息广播等场景中非常常见。C++中可以通过抽象类和指针管理实现松耦合的发布-订阅机制。

定义主题（Subject）接口

主题是被观察的对象，它维护一个观察者列表，并提供注册、注销和通知的接口。使用抽象基类可以降低耦合度，让具体主题灵活扩展。

• 声明添加观察者（attach）、移除观察者（detach）和通知（notify）方法
• 状态变更后调用 notify，避免观察者轮询
• 用 std::vector 或 std::list 存储观察者指针

class Observer; // 前向声明

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

    void setState(int state) {
        m_state = state;
        notify(); // 状态改变时主动通知
    }

    int getState() const { return m_state; }

protected:
    std::vector m_observers;

private:
    int m_state = 0;
};

定义观察者（Observer）接口

观察者需要定义一个更新接口，由主题在状态变化时调用。每个具体观察者自行决定如何响应通知。

• update 是纯虚函数，子类必须实现
• 可传入 subject 指针，便于获取最新状态
• 避免在 update 中修改 subject，防止迭代器失效

class Subject; // 再次前向声明以解决循环依赖

class Observer {
public:
    virtual ~Observer() = default;
    virtual void update(Subject* subject) = 0;
};

实现具体观察者

具体观察者继承 Observer 接口，在 update 中执行实际逻辑，比如打印信息或更新本地缓存。

class ConcreteObserver : public Observer {
public:
    explicit ConcreteObserver(std::string name) : m_name(std::move(name)) {}

    void update(Subject* subject) override {
        int state = subject->getState();
        std::cout << m_name << " received update, new state: " << state << "\n";
    }

private:
    std::string m_name;
};

完整示例与使用方式

将上述组件组合起来，演示发布-订阅流程：

#include 
#include 
#include 

// （前面的类定义放在这里）

void Subject::attach(Observer* obs) {
    m_observers.push_back(obs);
}

void Subject::detach(Observer* obs) {
    m_observers.erase(
        std::remove(m_observers.begin(), m_observers.end(), obs),
        m_observers.end()
    );
}

void Subject::notify() {
    for (auto* obs : m_observers) {
        obs->update(this);
    }
}

int main() {
    Subject subject;
    ConcreteObserver observerA("ObserverA");
    ConcreteObserver observerB("ObserverB");

    subject.attach(&observerA);
    subject.attach(&observerB);

    subject.setState(10); // 两者都会收到通知

    subject.detach(&observerA); // 取消订阅
    subject.setState(20);      // 只有 B 收到

    return 0;
}

输出结果：

ObserverA received update, new state: 10
ObserverB received update, new state: 10
ObserverB received update, new state: 20

基本上就这些。通过虚函数和指针引用，C++实现了松耦合的观察者模式。主题无需知道观察者的具体类型，只需调用统一接口。这种设计提升了系统的可扩展性和可维护性，适合构建模块化软件结构。