C++20观察者模式：现代化实现指南

观察者模式的核心概念

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，允许对象（观察者）订阅另一个对象（被观察者）的状态变化。当被观察者的状态发生改变时，所有注册的观察者会自动收到通知并更新。该模式解耦了观察者和被观察者，符合开放-封闭原则。

C++20 中的实现改进

C++20 引入了 std::observer_ptr（草案阶段）和 std::signal（未正式纳入）等概念，但核心实现仍依赖传统模式。以下为基于 C++20 特性的现代化实现：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
#include <memory>

template <typename... Args>
class Subject {
public:
    using Callback = std::function<void(Args...)>;

    void attach(Callback callback) {
        observers_.push_back(callback);
    }

    void notify(Args... args) {
        for (const auto& observer : observers_) {
            observer(args...);
        }
    }

private:
    std::vector<Callback> observers_;
};

关键组件解析

被观察者（Subject）

• 维护一个观察者列表（std::vector<Callback>）。
• 提供 attach 方法注册观察者（使用 std::function 存储回调）。
• 通过 notify 触发所有观察者的更新（支持可变模板参数传递数据）。

观察者（Observer）

• 实现为函数对象、Lambda 或成员函数，通过 std::function 统一封装。
• 避免继承带来的耦合，符合现代 C++ 的泛型编程思想。

应用场景与优势

典型场景

• GUI 事件处理（如按钮点击通知多个控件）。
• 实时数据监控（股票价格变化触发报警和日志）。
• 游戏开发（角色状态变化更新 UI 和 AI）。

C++20 优化点

• 使用 std::function 替代虚函数，减少运行时开销。
• 结合 std::shared_ptr 自动管理观察者生命周期。
• 通过模板支持类型安全的通知参数传递。

完整示例代码

以下示例展示温度传感器通知多个显示器的场景：

class TemperatureDisplay {
public:
    void update(float temp) {
        std::cout << "Display updated: " << temp << "°C\n";
    }
};

int main() {
    Subject<float> sensor;
    TemperatureDisplay display1, display2;

    sensor.attach([&display1](float temp) { display1.update(temp); });
    sensor.attach([&display2](float temp) { display2.update(temp); });

    sensor.notify(23.5f); // 触发所有观察者更新
    return 0;
}

与其他模式的对比

与发布-订阅模式区别

• 观察者模式：直接通信，观察者与被观察者相互知晓。
• 发布-订阅模式：通过消息队列解耦，发布者和订阅者无需知道对方存在。

与中介者模式协同

• 中介者模式集中处理对象间通信，可结合观察者模式实现事件转发。

性能与线程安全

优化建议

• 使用 std::list 或 std::forward_list 减少动态数组扩容开销。
• 通过 std::weak_ptr 避免循环引用。

线程安全扩展

#include <mutex>
template <typename... Args>
class ThreadSafeSubject : public Subject<Args...> {
public:
    void attach(typename Subject<Args...>::Callback callback) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        Subject<Args...>::attach(callback);
    }

    void notify(Args... args) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        Subject<Args...>::notify(args...);
    }

private:
    std::mutex mutex_;
};

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BbS.okane407.info/PoSt/1121_504688.HtM

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