设计模式(C++)详解——观察者模式（Observer）(1)

青草地溪水旁2025-10-03 23:12

观察者模式（Observer）深度解析：从理论到C++实战

1. 背景与核心概念

1.1 设计模式的起源与发展

观察者模式是软件工程中最经典、最常用的设计模式之一，它的历史可以追溯到面向对象编程的早期阶段。让我们回顾一下它的发展历程：

时期 主要贡献 应用场景 技术特点
1970s Smalltalk MVC框架 GUI应用程序 模型-视图分离
1994 GoF《设计模式》 事件处理系统 标准化模式描述
2000s .NET事件委托 桌面应用开发 语言级支持
2010s 响应式编程 Web前端、移动端 数据流驱动

观察者模式的核心思想源于现实世界中的订阅-发布机制。就像报纸订阅一样：

  • 出版社（主题）维护订阅者列表
  • 读者（观察者）可以订阅或取消订阅
  • 新报纸出版时，所有订阅者自动收到通知

1.2 模式定义与关键角色

观察者模式：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

让我们用Mermaid类图来理解各个角色的关系：
维护观察者列表 Subject +attach(Observer* observer) : void +detach(Observer* observer) : void +notify() : void ConcreteSubject -state : int +getState() : int +setState(int state) : void <<interface>> Observer +update(Subject* subject) : void ConcreteObserver -observerState : int +update(Subject* subject) : void

关键角色解析：

  • Subject（主题）：维护观察者列表，提供添加、删除和通知观察者的接口
  • ConcreteSubject（具体主题）：存储感兴趣的状态，状态改变时通知观察者
  • Observer（观察者）：为所有具体观察者定义更新接口
  • ConcreteObserver（具体观察者）：维护与主题状态一致的自身状态

1.3 MVC架构中的核心地位

观察者模式是MVC（Model-View-Controller）架构的核心机制：
通知更新 通知更新 通知更新 修改数据 Model 数据模型 View 视图1 View 视图2 View 视图3 Controller 控制器

在这种架构中：

  • Model 充当主题角色，维护业务数据和状态
  • View 充当观察者角色，监听Model的变化并更新显示
  • Controller 处理用户输入，修改Model状态

2. 设计意图与考量

2.1 核心设计目标

观察者模式的设计主要围绕以下几个目标：

1. 解耦性

  • 主题不需要知道观察者的具体类
  • 观察者可以独立变化和复用
  • 降低系统各部分之间的依赖

2. 动态关系

  • 运行时可以动态添加、删除观察者
  • 观察者关系可以随时改变
  • 支持灵活的订阅机制

3. 广播通信

  • 支持一对多的通信模式
  • 主题变化自动通知所有观察者
  • 避免手动维护更新逻辑

2.2 生命周期管理的挑战

观察者模式中最棘手的问题就是生命周期管理。考虑以下场景：

cpp 复制代码 
// 危险代码示例：悬空指针问题
Subject* subject = new Subject();
Observer* observer = new ConcreteObserver();

subject->attach(observer);  // 主题持有观察者指针

// 之后某个时刻...
delete observer;  // 观察者被销毁
// 但主题仍然持有已销毁对象的指针！

subject->notify();  // 灾难：访问已释放内存

解决方案对比：

方案 优点 缺点 适用场景
原始指针 简单直接，无额外开销 容易产生悬空指针 简单场景，生命周期明确
shared_ptr 自动内存管理 循环引用导致内存泄漏 需要共享所有权的场景
weak_ptr 避免循环引用，安全 使用稍复杂 观察者模式推荐方案

2.3 性能与扩展性权衡

通知性能考量：

  • 观察者数量增加时，通知开销线性增长
  • 可能需要支持按优先级通知
  • 考虑异步通知机制避免阻塞

扩展性设计：

  • 支持不同类型的观察者
  • 允许观察者过滤感兴趣的事件
  • 提供批量更新机制

3. 实例与应用场景

3.1 案例一：股票价格监控系统

这是一个典型的观察者模式应用，多个投资者监控同一支股票的价格变化。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <unordered_map>

// 前向声明
class StockSubject;

/**
 * @brief 观察者接口
 * 
 * 定义观察者必须实现的更新接口，用于接收主题状态变化的通知。
 */
class StockObserver : public std::enable_shared_from_this<StockObserver> {
public:
    virtual ~StockObserver() = default;
    
    /**
     * @brief 更新方法
     * 
     * 当观察的主题状态发生变化时，主题会调用此方法通知观察者。
     * 
     * @in：
     *   - subject: 发生状态变化的主题对象指针
     */
    virtual void update(const StockSubject* subject) = 0;
    
    /**
     * @brief 获取观察者名称
     * 
     * @return：观察者的标识名称
     */
    virtual std::string getName() const = 0;
};

/**
 * @brief 股票主题抽象基类
 * 
 * 维护观察者列表，提供观察者的注册、注销和通知功能。
 */
class StockSubject {
protected:
    std::string stock_symbol_;    ///< 股票代码
    double current_price_;        ///< 当前价格
    
    /**
     * @brief 观察者列表（使用weak_ptr避免循环引用）
     */
    std::vector<std::weak_ptr<StockObserver>> observers_;

public:
    /**
     * @brief 构造函数
     * 
     * @in：
     *   - symbol: 股票代码
     *   - initial_price: 初始价格
     */
    StockSubject(const std::string& symbol, double initial_price)
        : stock_symbol_(symbol), current_price_(initial_price) {}
    
    virtual ~StockSubject() = default;

    /**
     * @brief 注册观察者
     * 
     * 将观察者添加到观察者列表中，使其能够接收状态更新通知。
     * 
     * @in：
     *   - observer: 要注册的观察者共享指针
     */
    void attach(const std::shared_ptr<StockObserver>& observer) {
        // 检查是否已经注册
        auto it = std::find_if(observers_.begin(), observers_.end(),
            [&observer](const std::weak_ptr<StockObserver>& wp) {
                return !wp.expired() && wp.lock() == observer;
            });
        
        if (it == observers_.end()) {
            observers_.emplace_back(observer);
            std::cout << "观察者 " << observer->getName() 
                      << " 开始监控股票 " << stock_symbol_ << std::endl;
        }
    }

    /**
     * @brief 注销观察者
     * 
     * 从观察者列表中移除指定的观察者，使其不再接收通知。
     * 
     * @in：
     *   - observer: 要注销的观察者共享指针
     */
    void detach(const std::shared_ptr<StockObserver>& observer) {
        observers_.erase(
            std::remove_if(observers_.begin(), observers_.end(),
                [&observer](const std::weak_ptr<StockObserver>& wp) {
                    return wp.expired() || wp.lock() == observer;
                }),
            observers_.end());
        
        std::cout << "观察者 " << observer->getName() 
                  << " 停止监控股票 " << stock_symbol_ << std::endl;
    }

    /**
     * @brief 通知所有观察者
     * 
     * 遍历观察者列表，调用每个观察者的update方法。
     * 自动清理已失效的观察者引用。
     */
    void notify() {
        // 移除已失效的观察者
        observers_.erase(
            std::remove_if(observers_.begin(), observers_.end(),
                [](const std::weak_ptr<StockObserver>& wp) {
                    return wp.expired();
                }),
            observers_.end());
        
        // 通知所有有效观察者
        for (auto& weak_observer : observers_) {
            if (auto observer = weak_observer.lock()) {
                observer->update(this);
            }
        }
    }

    /**
     * @brief 获取股票代码
     * 
     * @return：股票代码字符串
     */
    std::string getSymbol() const { return stock_symbol_; }
    
    /**
     * @brief 获取当前价格
     * 
     * @return：当前股票价格
     */
    double getPrice() const { return current_price_; }
    
    /**
     * @brief 获取观察者数量
     * 
     * @return：当前注册的观察者数量
     */
    size_t getObserverCount() const {
        return std::count_if(observers_.begin(), observers_.end(),
            [](const std::weak_ptr<StockObserver>& wp) {
                return !wp.expired();
            });
    }
};

/**
 * @brief 具体股票主题
 * 
 * 代表一支具体的股票，可以更新价格并通知所有观察者。
 */
class ConcreteStock : public StockSubject {
public:
    /**
     * @brief 构造函数
     * 
     * @in：
     *   - symbol: 股票代码
     *   - initial_price: 初始价格
     */
    ConcreteStock(const std::string& symbol, double initial_price)
        : StockSubject(symbol, initial_price) {}

    /**
     * @brief 更新股票价格
     * 
     * 设置新的股票价格，如果价格发生变化则通知所有观察者。
     * 
     * @in：
     *   - new_price: 新的股票价格
     */
    void setPrice(double new_price) {
        if (current_price_ != new_price) {
            double old_price = current_price_;
            current_price_ = new_price;
            
            std::cout << "\n股票 " << stock_symbol_ 
                      << " 价格变化: " << old_price 
                      << " -> " << new_price << std::endl;
            
            // 通知所有观察者
            notify();
        }
    }
};

/**
 * @brief 投资者观察者
 * 
 * 代表监控股票价格的投资者，在价格变化时执行相应的投资策略。
 */
class Investor : public StockObserver {
private:
    std::string name_;                    ///< 投资者名称
    double buy_threshold_;               ///< 买入阈值
    double sell_threshold_;              ///< 卖出阈值
    std::string last_action_;            ///< 上次操作记录

public:
    /**
     * @brief 构造函数
     * 
     * @in：
     *   - name: 投资者名称
     *   - buy_threshold: 价格低于此值时考虑买入
     *   - sell_threshold: 价格高于此值时考虑卖出
     */
    Investor(const std::string& name, double buy_threshold, double sell_threshold)
        : name_(name), buy_threshold_(buy_threshold), 
          sell_threshold_(sell_threshold), last_action_("无操作") {}
    
    /**
     * @brief 更新方法实现
     * 
     * 接收股票价格变化通知，根据投资策略决定是否买入或卖出。
     * 
     * @in：
     *   - subject: 发生价格变化的股票主题
     */
    void update(const StockSubject* subject) override {
        double current_price = subject->getPrice();
        const std::string& symbol = subject->getSymbol();
        
        std::cout << "[" << name_ << "] 收到通知: " 
                  << symbol << " 当前价格 = " << current_price << std::endl;
        
        // 投资策略决策
        if (current_price <= buy_threshold_) {
            last_action_ = "买入";
            std::cout << "  → 决策: " << last_action_ << " " << symbol 
                      << " (价格 <= " << buy_threshold_ << ")" << std::endl;
        } else if (current_price >= sell_threshold_) {
            last_action_ = "卖出";
            std::cout << "  → 决策: " << last_action_ << " " << symbol 
                      << " (价格 >= " << sell_threshold_ << ")" << std::endl;
        } else {
            last_action_ = "持有";
            std::cout << "  → 决策: " << last_action_ << " " << symbol 
                      << " (观望中)" << std::endl;
        }
    }
    
    /**
     * @brief 获取观察者名称
     * 
     * @return：投资者名称
     */
    std::string getName() const override {
        return name_;
    }
    
    /**
     * @brief 获取上次操作
     * 
     * @return：上次投资操作描述
     */
    std::string getLastAction() const {
        return last_action_;
    }
};

/**
 * @brief 机构观察者
 * 
 * 代表机构投资者，具有更复杂的监控逻辑和报表功能。
 */
class Institution : public StockObserver {
private:
    std::string institution_name_;       ///< 机构名称
    std::unordered_map<std::string, double> price_history_;  ///< 价格历史记录

public:
    /**
     * @brief 构造函数
     * 
     * @in：
     *   - name: 机构名称
     */
    explicit Institution(const std::string& name) 
        : institution_name_(name) {}
    
    /**
     * @brief 更新方法实现
     * 
     * 记录价格历史并生成分析报告。
     * 
     * @in：
     *   - subject: 发生价格变化的股票主题
     */
    void update(const StockSubject* subject) override {
        const std::string& symbol = subject->getSymbol();
        double current_price = subject->getPrice();
        
        // 记录价格历史
        auto it = price_history_.find(symbol);
        if (it != price_history_.end()) {
            double old_price = it->second;
            double change = ((current_price - old_price) / old_price) * 100;
            
            std::cout << "[" << institution_name_ << "] 分析报告 - " << symbol 
                      << ": " << old_price << " → " << current_price
                      << " (" << (change >= 0 ? "+" : "") << change << "%)" << std::endl;
        }
        
        price_history_[symbol] = current_price;
    }
    
    /**
     * @brief 获取观察者名称
     * 
     * @return：机构名称
     */
    std::string getName() const override {
        return institution_name_;
    }
    
    /**
     * @brief 生成详细报告
     * 
     * @return：包含所有监控股票的分析报告
     */
    std::string generateReport() const {
        std::string report = institution_name_ + " 监控报告:\n";
        for (const auto& entry : price_history_) {
            report += "  " + entry.first + ": " + std::to_string(entry.second) + "\n";
        }
        return report;
    }
};

/**
 * @brief 主函数 - 股票监控系统演示
 * 
 * 演示观察者模式在金融监控系统中的应用，展示动态订阅和自动通知机制。
 * 
 * @return：程序退出码
 */
int main() {
    std::cout << "=== 股票价格监控系统演示 ===" << std::endl;
    
    // 创建股票主题
    auto apple_stock = std::make_shared<ConcreteStock>("AAPL", 150.0);
    auto google_stock = std::make_shared<ConcreteStock>("GOOGL", 2800.0);
    
    // 创建投资者观察者
    auto investor1 = std::make_shared<Investor>("张投资者", 145.0, 160.0);
    auto investor2 = std::make_shared<Investor>("李投资者", 140.0, 155.0);
    auto institution = std::make_shared<Institution>("量子基金");
    
    std::cout << "\n--- 初始订阅阶段 ---" << std::endl;
    // 投资者订阅股票
    apple_stock->attach(investor1);
    apple_stock->attach(investor2);
    apple_stock->attach(institution);
    
    google_stock->attach(investor1);
    google_stock->attach(institution);
    
    std::cout << "\nAAPL 观察者数量: " << apple_stock->getObserverCount() << std::endl;
    std::cout << "GOOGL 观察者数量: " << google_stock->getObserverCount() << std::endl;
    
    std::cout << "\n--- 价格变化阶段 ---" << std::endl;
    // 模拟价格变化
    apple_stock->setPrice(148.5);  // 小幅下跌
    apple_stock->setPrice(142.0);  // 大幅下跌
    apple_stock->setPrice(158.0);  // 大幅上涨
    
    google_stock->setPrice(2750.0); // 小幅下跌
    google_stock->setPrice(2850.0); // 上涨
    
    std::cout << "\n--- 动态订阅调整 ---" << std::endl;
    // 动态取消订阅
    apple_stock->detach(investor2);
    std::cout << "AAPL 观察者数量: " << apple_stock->getObserverCount() << std::endl;
    
    // 继续价格变化
    apple_stock->setPrice(162.0);
    
    std::cout << "\n--- 机构报告生成 ---" << std::endl;
    std::cout << institution->generateReport();
    
    std::cout << "\n--- 生命周期安全测试 ---" << std::endl;
    {
        // 创建临时观察者
        auto temp_investor = std::make_shared<Investor>("临时投资者", 150.0, 165.0);
        apple_stock->attach(temp_investor);
        std::cout << "临时观察者订阅后，AAPL 观察者数量: " 
                  << apple_stock->getObserverCount() << std::endl;
        
        // temp_investor 离开作用域自动销毁
    }
    
    // 即使临时观察者已销毁，这里也不会崩溃
    apple_stock->setPrice(155.0);
    std::cout << "临时观察者销毁后，AAPL 观察者数量: " 
              << apple_stock->getObserverCount() << std::endl;
    
    std::cout << "\n=== 演示完成 ===" << std::endl;
    return 0;
}

Mermaid时序图：
AppleStock 张投资者 李投资者 量子基金 初始状态：价格150.0 attach(张投资者) attach(李投资者) attach(量子基金) setPrice(148.5) update() update() update() 所有观察者收到价格下跌通知 setPrice(142.0) update() update() update() detach(李投资者) setPrice(158.0) update() update() 李投资者已取消订阅，不再接收通知 AppleStock 张投资者 李投资者 量子基金

3.2 案例二：游戏引擎事件系统

游戏引擎中广泛使用观察者模式来处理各种游戏事件。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <algorithm>

// 游戏事件类型枚举
enum class EventType {
    PLAYER_SPAWN,
    PLAYER_DEATH,
    ITEM_PICKUP,
    LEVEL_COMPLETE,
    ACHIEVEMENT_UNLOCKED
};

/**
 * @brief 游戏事件数据基类
 * 
 * 所有具体游戏事件数据的基类，提供基本的事件信息。
 */
struct GameEvent {
    EventType type;             ///< 事件类型
    double timestamp;          ///< 事件时间戳
    
    virtual ~GameEvent() = default;
    
    /**
     * @brief 获取事件描述
     * 
     * @return：事件的文字描述
     */
    virtual std::string getDescription() const = 0;
};

/**
 * @brief 玩家生成事件
 */
struct PlayerSpawnEvent : public GameEvent {
    std::string player_name;    ///< 玩家名称
    int spawn_point_id;         ///< 生成点ID
    
    PlayerSpawnEvent(const std::string& name, int spawn_id) 
        : player_name(name), spawn_point_id(spawn_id) {
        type = EventType::PLAYER_SPAWN;
    }
    
    std::string getDescription() const override {
        return "玩家 " + player_name + " 在生成点 " + std::to_string(spawn_point_id) + " 生成";
    }
};

/**
 * @brief 玩家死亡事件
 */
struct PlayerDeathEvent : public GameEvent {
    std::string player_name;    ///< 玩家名称
    std::string killer_name;    ///< 击杀者名称
    std::string cause;          ///< 死亡原因
    
    PlayerDeathEvent(const std::string& player, const std::string& killer, const std::string& death_cause)
        : player_name(player), killer_name(killer), cause(death_cause) {
        type = EventType::PLAYER_DEATH;
    }
    
    std::string getDescription() const override {
        return "玩家 " + player_name + " 被 " + killer_name + " 击杀 (" + cause + ")";
    }
};

/**
 * @brief 成就解锁事件
 */
struct AchievementEvent : public GameEvent {
    std::string achievement_id;  ///< 成就ID
    std::string achievement_name; ///< 成就名称
    int points;                 ///< 成就点数
    
    AchievementEvent(const std::string& id, const std::string& name, int pts)
        : achievement_id(id), achievement_name(name), points(pts) {
        type = EventType::ACHIEVEMENT_UNLOCKED;
    }
    
    std::string getDescription() const override {
        return "解锁成就: " + achievement_name + " (" + std::to_string(points) + "点)";
    }
};

// 前向声明
class EventManager;

/**
 * @brief 游戏事件观察者接口
 * 
 * 游戏系统中各种组件通过实现此接口来监听感兴趣的游戏事件。
 */
class GameEventListener {
public:
    virtual ~GameEventListener() = default;
    
    /**
     * @brief 事件处理接口
     * 
     * @in：
     *   - event: 发生的事件对象
     *   - manager: 事件管理器，用于触发新事件
     */
    virtual void onEvent(const std::shared_ptr<GameEvent>& event, 
                        EventManager* manager) = 0;
    
    /**
     * @brief 获取监听器名称
     * 
     * @return：监听器标识名称
     */
    virtual std::string getName() const = 0;
    
    /**
     * @brief 获取感兴趣的事件类型
     * 
     * @return：该监听器关心的事件类型列表
     */
    virtual std::vector<EventType> getInterestedEvents() const = 0;
};

/**
 * @brief 事件管理器
 * 
 * 游戏事件系统的核心，负责事件的发布和观察者管理。
 */
class EventManager {
private:
    /**
     * @brief 事件类型到观察者列表的映射
     */
    std::unordered_map<EventType, 
        std::vector<std::weak_ptr<GameEventListener>>> event_listeners_;
    
public:
    /**
     * @brief 注册事件监听器
     * 
     * 将监听器注册到其感兴趣的所有事件类型上。
     * 
     * @in：
     *   - listener: 要注册的事件监听器
     */
    void registerListener(const std::shared_ptr<GameEventListener>& listener) {
        for (EventType event_type : listener->getInterestedEvents()) {
            event_listeners_[event_type].emplace_back(listener);
            std::cout << "注册监听器: " << listener->getName() 
                      << " -> 事件类型: " << static_cast<int>(event_type) << std::endl;
        }
    }
    
    /**
     * @brief 取消注册事件监听器
     * 
     * 从所有事件类型中移除指定的监听器。
     * 
     * @in：
     *   - listener: 要取消注册的事件监听器
     */
    void unregisterListener(const std::shared_ptr<GameEventListener>& listener) {
        for (auto& pair : event_listeners_) {
            auto& listeners = pair.second;
            listeners.erase(
                std::remove_if(listeners.begin(), listeners.end(),
                    [&listener](const std::weak_ptr<GameEventListener>& wp) {
                        return wp.expired() || wp.lock() == listener;
                    }),
                listeners.end());
        }
        std::cout << "取消注册监听器: " << listener->getName() << std::endl;
    }
    
    /**
     * @brief 发布事件
     * 
     * 将事件发送给所有注册的对应类型监听器。
     * 
     * @in：
     *   - event: 要发布的事件对象
     */
    void publishEvent(const std::shared_ptr<GameEvent>& event) {
        std::cout << "\n[事件发布] " << event->getDescription() << std::endl;
        
        auto it = event_listeners_.find(event->type);
        if (it != event_listeners_.end()) {
            // 清理失效的监听器
            auto& listeners = it->second;
            listeners.erase(
                std::remove_if(listeners.begin(), listeners.end(),
                    [](const std::weak_ptr<GameEventListener>& wp) {
                        return wp.expired();
                    }),
                listeners.end());
            
            // 通知所有有效监听器
            for (auto& weak_listener : listeners) {
                if (auto listener = weak_listener.lock()) {
                    listener->onEvent(event, this);
                }
            }
        }
    }
    
    /**
     * @brief 获取监听器统计信息
     * 
     * @return：各事件类型的监听器数量统计
     */
    std::string getStats() const {
        std::string stats = "事件监听器统计:\n";
        for (const auto& pair : event_listeners_) {
            int count = std::count_if(pair.second.begin(), pair.second.end(),
                [](const std::weak_ptr<GameEventListener>& wp) {
                    return !wp.expired();
                });
            stats += "  事件类型 " + std::to_string(static_cast<int>(pair.first)) 
                   + ": " + std::to_string(count) + " 个监听器\n";
        }
        return stats;
    }
};

/**
 * @brief 成就系统
 * 
 * 监听游戏事件并解锁相应的成就。
 */
class AchievementSystem : public GameEventListener {
private:
    std::unordered_map<std::string, bool> unlocked_achievements_;  ///< 已解锁成就记录
    int total_points_;                                             ///< 总成就点数

public:
    AchievementSystem() : total_points_(0) {
        // 初始化成就列表
        unlocked_achievements_ = {
            {"first_blood", false},
            {"veteran", false},
            {"collector", false}
        };
    }
    
    void onEvent(const std::shared_ptr<GameEvent>& event, 
                EventManager* manager) override {
        switch (event->type) {
            case EventType::PLAYER_DEATH: {
                // 检查是否是第一次击杀
                if (!unlocked_achievements_["first_blood"]) {
                    unlocked_achievements_["first_blood"] = true;
                    total_points_ += 10;
                    
                    // 发布成就解锁事件
                    auto achievement_event = std::make_shared<AchievementEvent>(
                        "first_blood", "第一滴血", 10);
                    manager->publishEvent(achievement_event);
                }
                break;
            }
            case EventType::PLAYER_SPAWN: {
                auto spawn_event = std::dynamic_pointer_cast<PlayerSpawnEvent>(event);
                if (spawn_event && spawn_event->spawn_point_id > 5 && 
                    !unlocked_achievements_["veteran"]) {
                    unlocked_achievements_["veteran"] = true;
                    total_points_ += 20;
                    
                    auto achievement_event = std::make_shared<AchievementEvent>(
                        "veteran", "战场老兵", 20);
                    manager->publishEvent(achievement_event);
                }
                break;
            }
            case EventType::ITEM_PICKUP: {
                // 简单的物品收集成就逻辑
                if (!unlocked_achievements_["collector"]) {
                    unlocked_achievements_["collector"] = true;
                    total_points_ += 15;
                    
                    auto achievement_event = std::make_shared<AchievementEvent>(
                        "collector", "收藏家", 15);
                    manager->publishEvent(achievement_event);
                }
                break;
            }
            default:
                break;
        }
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "成就系统";
    }
    
    std::vector<EventType> getInterestedEvents() const override {
        return {
            EventType::PLAYER_DEATH,
            EventType::PLAYER_SPAWN,
            EventType::ITEM_PICKUP
        };
    }
    
    /**
     * @brief 获取成就系统状态
     * 
     * @return：成就解锁状态和点数统计
     */
    std::string getStatus() const {
        std::string status = "成就系统状态:\n";
        status += "  总点数: " + std::to_string(total_points_) + "\n";
        status += "  已解锁成就:\n";
        for (const auto& achievement : unlocked_achievements_) {
            status += "    " + achievement.first + ": " 
                   + (achievement.second ? "已解锁" : "未解锁") + "\n";
        }
        return status;
    }
};

/**
 * @brief 统计系统
 * 
 * 收集游戏统计数据，如击杀数、死亡数等。
 */
class StatisticsSystem : public GameEventListener {
private:
    int total_kills_;           ///< 总击杀数
    int total_deaths_;          ///< 总死亡数
    int total_spawns_;          ///< 总生成次数

public:
    StatisticsSystem() : total_kills_(0), total_deaths_(0), total_spawns_(0) {}
    
    void onEvent(const std::shared_ptr<GameEvent>& event, 
                EventManager* manager) override {
        switch (event->type) {
            case EventType::PLAYER_DEATH:
                total_deaths_++;
                break;
            case EventType::PLAYER_SPAWN:
                total_spawns_++;
                break;
            default:
                break;
        }
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "统计系统";
    }
    
    std::vector<EventType> getInterestedEvents() const override {
        return {
            EventType::PLAYER_DEATH,
            EventType::PLAYER_SPAWN
        };
    }
    
    /**
     * @brief 获取统计报告
     * 
     * @return：游戏统计数据报告
     */
    std::string getReport() const {
        return "游戏统计:\n  生成次数: " + std::to_string(total_spawns_) +
               "\n  死亡次数: " + std::to_string(total_deaths_) +
               "\n  K/D比率: " + (total_deaths_ > 0 ? 
                   std::to_string(static_cast<double>(total_kills_) / total_deaths_) : "N/A");
    }
};

/**
 * @brief 用户界面系统
 * 
 * 在游戏UI中显示事件通知。
 */
class UISystem : public GameEventListener {
public:
    void onEvent(const std::shared_ptr<GameEvent>& event, 
                EventManager* manager) override {
        std::cout << "[UI通知] " << event->getDescription() << std::endl;
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "UI系统";
    }
    
    std::vector<EventType> getInterestedEvents() const override {
        // UI系统关心所有事件类型
        return {
            EventType::PLAYER_SPAWN,
            EventType::PLAYER_DEATH,
            EventType::ITEM_PICKUP,
            EventType::LEVEL_COMPLETE,
            EventType::ACHIEVEMENT_UNLOCKED
        };
    }
};

/**
 * @brief 主函数 - 游戏事件系统演示
 * 
 * 演示观察者模式在游戏事件系统中的应用，展示多类型事件的处理机制。
 * 
 * @return：程序退出码
 */
int main() {
    std::cout << "=== 游戏引擎事件系统演示 ===" << std::endl;
    
    // 创建事件管理器
    EventManager event_manager;
    
    // 创建各种游戏系统
    auto achievement_system = std::make_shared<AchievementSystem>();
    auto stats_system = std::make_shared<StatisticsSystem>();
    auto ui_system = std::make_shared<UISystem>();
    
    // 注册系统到事件管理器
    std::cout << "\n--- 系统注册阶段 ---" << std::endl;
    event_manager.registerListener(achievement_system);
    event_manager.registerListener(stats_system);
    event_manager.registerListener(ui_system);
    
    std::cout << event_manager.getStats();
    
    std::cout << "\n--- 游戏事件模拟 ---" << std::endl;
    // 模拟游戏事件序列
    auto spawn_event1 = std::make_shared<PlayerSpawnEvent>("玩家1", 1);
    event_manager.publishEvent(spawn_event1);
    
    auto spawn_event2 = std::make_shared<PlayerSpawnEvent>("玩家2", 6); // 高级生成点
    event_manager.publishEvent(spawn_event2);
    
    auto death_event1 = std::make_shared<PlayerDeathEvent>("玩家1", "玩家2", "爆头");
    event_manager.publishEvent(death_event1);
    
    // 模拟物品拾取事件
    auto pickup_event = std::make_shared<GameEvent>();
    pickup_event->type = EventType::ITEM_PICKUP;
    event_manager.publishEvent(pickup_event);
    
    std::cout << "\n--- 系统状态报告 ---" << std::endl;
    std::cout << achievement_system->getStatus() << std::endl;
    std::cout << stats_system->getReport() << std::endl;
    
    std::cout << "\n--- 动态系统管理 ---" << std::endl;
    // 动态移除UI系统
    event_manager.unregisterListener(ui_system);
    
    // 后续事件不再通知UI系统
    auto death_event2 = std::make_shared<PlayerDeathEvent>("玩家2", "玩家1", "近战");
    event_manager.publishEvent(death_event2);
    
    std::cout << event_manager.getStats();
    
    std::cout << "\n=== 演示完成 ===" << std::endl;
    return 0;
}

Mermaid流程图：
是 否 否 是 游戏事件发生 EventManager.publishEvent 查找对应事件类型的监听器列表 清理已失效的监听器 遍历有效监听器 监听器处理事件? 调用onEvent方法 跳过此监听器 监听器可能发布新事件 所有监听器处理完成? 事件处理完成

3.3 案例三：配置管理系统

企业级配置管理系统使用观察者模式实现配置热更新。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <sstream>

/**
 * @brief 配置变更观察者接口
 * 
 * 组件通过实现此接口来监听配置变化并自动更新自身状态。
 */
class ConfigChangeListener {
public:
    virtual ~ConfigChangeListener() = default;
    
    /**
     * @brief 配置变更回调
     * 
     * 当监听的配置项发生变化时调用此方法。
     * 
     * @in：
     *   - key: 发生变化的配置键
     *   - old_value: 旧的配置值
     *   - new_value: 新的配置值
     */
    virtual void onConfigChanged(const std::string& key, 
                               const std::string& old_value, 
                               const std::string& new_value) = 0;
    
    /**
     * @brief 获取监听器名称
     * 
     * @return：监听器标识名称
     */
    virtual std::string getName() const = 0;
    
    /**
     * @brief 获取关心的配置键
     * 
     * @return：该监听器关心的配置键列表
     */
    virtual std::vector<std::string> getWatchedKeys() const = 0;
};

/**
 * @brief 配置管理器
 * 
 * 管理应用程序的配置数据，支持配置热更新和观察者通知。
 */
class ConfigManager {
private:
    std::unordered_map<std::string, std::string> config_data_;  ///< 配置数据存储
    
    /**
     * @brief 配置键到观察者列表的映射
     */
    std::unordered_map<std::string, 
        std::vector<std::weak_ptr<ConfigChangeListener>>> key_listeners_;
    
    /**
     * @brief 全局观察者列表（监听所有配置变化）
     */
    std::vector<std::weak_ptr<ConfigChangeListener>> global_listeners_;

public:
    /**
     * @brief 设置配置值
     * 
     * 设置指定配置键的值，如果值发生变化则通知所有观察者。
     * 
     * @in：
     *   - key: 配置键
     *   - value: 配置值
     */
    void setConfig(const std::string& key, const std::string& value) {
        std::string old_value = getConfig(key, "");
        
        if (old_value != value) {
            config_data_[key] = value;
            std::cout << "配置更新: " << key << " = " << value 
                      << " (原值: " << (old_value.empty() ? "空" : old_value) << ")" << std::endl;
            
            // 通知特定键的观察者
            notifyKeyListeners(key, old_value, value);
            
            // 通知全局观察者
            notifyGlobalListeners(key, old_value, value);
        }
    }
    
    /**
     * @brief 获取配置值
     * 
     * @in：
     *   - key: 配置键
     *   - default_value: 如果键不存在时返回的默认值
     * 
     * @return：配置值或默认值
     */
    std::string getConfig(const std::string& key, const std::string& default_value = "") const {
        auto it = config_data_.find(key);
        return it != config_data_.end() ? it->second : default_value;
    }
    
    /**
     * @brief 注册键监听器
     * 
     * 注册观察者监听特定配置键的变化。
     * 
     * @in：
     *   - key: 要监听的配置键
     *   - listener: 配置变更观察者
     */
    void registerKeyListener(const std::string& key, 
                           const std::shared_ptr<ConfigChangeListener>& listener) {
        key_listeners_[key].emplace_back(listener);
        std::cout << "注册键监听: " << listener->getName() << " -> " << key << std::endl;
    }
    
    /**
     * @brief 注册全局监听器
     * 
     * 注册观察者监听所有配置键的变化。
     * 
     * @in：
     *   - listener: 配置变更观察者
     */
    void registerGlobalListener(const std::shared_ptr<ConfigChangeListener>& listener) {
        global_listeners_.emplace_back(listener);
        std::cout << "注册全局监听: " << listener->getName() << std::endl;
    }
    
    /**
     * @brief 批量注册监听器
     * 
     * 根据观察者关心的键列表自动注册监听。
     * 
     * @in：
     *   - listener: 配置变更观察者
     */
    void registerListener(const std::shared_ptr<ConfigChangeListener>& listener) {
        for (const auto& key : listener->getWatchedKeys()) {
            registerKeyListener(key, listener);
        }
    }
    
    /**
     * @brief 获取配置快照
     * 
     * @return：当前所有配置的字符串表示
     */
    std::string getConfigSnapshot() const {
        std::stringstream ss;
        ss << "当前配置快照:\n";
        for (const auto& entry : config_data_) {
            ss << "  " << entry.first << " = " << entry.second << "\n";
        }
        return ss.str();
    }

private:
    /**
     * @brief 通知键监听器
     * 
     * 通知监听特定配置键的观察者。
     * 
     * @in：
     *   - key: 发生变化的配置键
     *   - old_value: 旧值
     *   - new_value: 新值
     */
    void notifyKeyListeners(const std::string& key, 
                          const std::string& old_value, 
                          const std::string& new_value) {
        auto it = key_listeners_.find(key);
        if (it != key_listeners_.end()) {
            auto& listeners = it->second;
            
            // 清理失效的监听器
            listeners.erase(
                std::remove_if(listeners.begin(), listeners.end(),
                    [](const std::weak_ptr<ConfigChangeListener>& wp) {
                        return wp.expired();
                    }),
                listeners.end());
            
            // 通知有效监听器
            for (auto& weak_listener : listeners) {
                if (auto listener = weak_listener.lock()) {
                    listener->onConfigChanged(key, old_value, new_value);
                }
            }
        }
    }
    
    /**
     * @brief 通知全局监听器
     * 
     * 通知监听所有配置变化的观察者。
     * 
     * @in：
     *   - key: 发生变化的配置键
     *   - old_value: 旧值
     *   - new_value: 新值
     */
    void notifyGlobalListeners(const std::string& key, 
                             const std::string& old_value, 
                             const std::string& new_value) {
        // 清理失效的监听器
        global_listeners_.erase(
            std::remove_if(global_listeners_.begin(), global_listeners_.end(),
                [](const std::weak_ptr<ConfigChangeListener>& wp) {
                    return wp.expired();
                }),
            global_listeners_.end());
        
        // 通知有效监听器
        for (auto& weak_listener : global_listeners_) {
            if (auto listener = weak_listener.lock()) {
                listener->onConfigChanged(key, old_value, new_value);
            }
        }
    }
};

/**
 * @brief 数据库连接池
 * 
 * 根据数据库配置变化动态调整连接池参数。
 */
class DatabaseConnectionPool : public ConfigChangeListener {
private:
    std::string pool_name_;                 ///< 连接池名称
    int max_connections_;                   ///< 最大连接数
    int timeout_seconds_;                   ///< 超时时间

public:
    explicit DatabaseConnectionPool(const std::string& name) 
        : pool_name_(name), max_connections_(10), timeout_seconds_(30) {}
    
    void onConfigChanged(const std::string& key, 
                        const std::string& old_value, 
                        const std::string& new_value) override {
        if (key == "db.max_connections") {
            int new_max = std::stoi(new_value);
            if (new_max != max_connections_) {
                std::cout << "[" << pool_name_ << "] 更新最大连接数: " 
                          << max_connections_ << " -> " << new_max << std::endl;
                max_connections_ = new_max;
                applyPoolConfig();
            }
        } else if (key == "db.timeout") {
            int new_timeout = std::stoi(new_value);
            if (new_timeout != timeout_seconds_) {
                std::cout << "[" << pool_name_ << "] 更新超时时间: " 
                          << timeout_seconds_ << " -> " << new_timeout << "秒" << std::endl;
                timeout_seconds_ = new_timeout;
                applyPoolConfig();
            }
        }
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "数据库连接池[" + pool_name_ + "]";
    }
    
    std::vector<std::string> getWatchedKeys() const override {
        return {
            "db.max_connections",
            "db.timeout"
        };
    }
    
    /**
     * @brief 应用连接池配置
     * 
     * 根据当前配置参数调整连接池状态。
     */
    void applyPoolConfig() {
        std::cout << "[" << pool_name_ << "] 应用配置: " 
                  << max_connections_ << "连接, " 
                  << timeout_seconds_ << "秒超时" << std::endl;
    }
    
    /**
     * @brief 获取连接池状态
     * 
     * @return：连接池当前状态描述
     */
    std::string getStatus() const {
        return "连接池状态: " + std::to_string(max_connections_) + "连接, " 
               + std::to_string(timeout_seconds_) + "秒超时";
    }
};

/**
 * @brief 日志系统
 * 
 * 根据日志配置变化动态调整日志级别和输出目标。
 */
class LogSystem : public ConfigChangeListener {
private:
    std::string log_level_;                 ///< 当前日志级别
    std::string output_target_;             ///< 输出目标

public:
    LogSystem() : log_level_("INFO"), output_target_("console") {}
    
    void onConfigChanged(const std::string& key, 
                        const std::string& old_value, 
                        const std::string& new_value) override {
        if (key == "log.level") {
            std::cout << "[日志系统] 更新日志级别: " << log_level_ 
                      << " -> " << new_value << std::endl;
            log_level_ = new_value;
            applyLogConfig();
        } else if (key == "log.output") {
            std::cout << "[日志系统] 更新输出目标: " << output_target_ 
                      << " -> " << new_value << std::endl;
            output_target_ = new_value;
            applyLogConfig();
        }
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "日志系统";
    }
    
    std::vector<std::string> getWatchedKeys() const override {
        return {
            "log.level",
            "log.output"
        };
    }
    
    /**
     * @brief 应用日志配置
     * 
     * 根据当前配置参数调整日志系统行为。
     */
    void applyLogConfig() {
        std::cout << "[日志系统] 应用配置: 级别=" << log_level_ 
                  << ", 输出=" << output_target_ << std::endl;
    }
    
    /**
     * @brief 记录日志
     * 
     * @in：
     *   - level: 日志级别
     *   - message: 日志消息
     */
    void log(const std::string& level, const std::string& message) {
        // 简单的级别过滤
        if (shouldLog(level)) {
            std::cout << "[" << level << "] " << message << std::endl;
        }
    }

private:
    /**
     * @brief 检查是否应该记录指定级别的日志
     * 
     * @in：
     *   - level: 要检查的日志级别
     * 
     * @return：如果应该记录返回true
     */
    bool shouldLog(const std::string& level) const {
        static const std::unordered_map<std::string, int> level_priority = {
            {"DEBUG", 0},
            {"INFO", 1},
            {"WARN", 2},
            {"ERROR", 3},
            {"FATAL", 4}
        };
        
        auto current_it = level_priority.find(log_level_);
        auto check_it = level_priority.find(level);
        
        if (current_it != level_priority.end() && check_it != level_priority.end()) {
            return check_it->second >= current_it->second;
        }
        
        return false;
    }
};

/**
 * @brief 配置审计系统
 * 
 * 记录所有配置变更的审计日志，用于安全监控。
 */
class ConfigAuditSystem : public ConfigChangeListener {
public:
    void onConfigChanged(const std::string& key, 
                        const std::string& old_value, 
                        const std::string& new_value) override {
        std::cout << "[审计系统] 配置变更审计: " << key 
                  << " = " << old_value << " -> " << new_value << std::endl;
        
        // 在实际系统中，这里会将审计记录写入数据库或文件
        writeAuditLog(key, old_value, new_value);
    }
    
    std::string getName() const override {
        return "配置审计系统";
    }
    
    std::vector<std::string> getWatchedKeys() const override {
        // 审计系统关心所有配置键
        return {}; // 空列表表示监听所有键（通过全局监听注册）
    }

private:
    /**
     * @brief 写入审计日志
     * 
     * @in：
     *   - key: 配置键
     *   - old_value: 旧值
     *   - new_value: 新值
     */
    void writeAuditLog(const std::string& key, 
                      const std::string& old_value, 
                      const std::string& new_value) {
        // 模拟写入审计日志
        // 实际实现可能写入数据库、文件或发送到审计服务
        static int audit_id = 0;
        audit_id++;
        
        // 这里只是演示，实际系统会有更完整的审计记录
    }
};

/**
 * @brief 主函数 - 配置管理系统演示
 * 
 * 演示观察者模式在配置管理系统中的应用，展示配置热更新和组件自动调整。
 * 
 * @return：程序退出码
 */
int main() {
    std::cout << "=== 配置管理系统演示 ===" << std::endl;
    
    // 创建配置管理器
    ConfigManager config_manager;
    
    // 创建各种系统组件
    auto db_pool = std::make_shared<DatabaseConnectionPool>("主数据库");
    auto log_system = std::make_shared<LogSystem>();
    auto audit_system = std::make_shared<ConfigAuditSystem>();
    
    std::cout << "\n--- 组件注册阶段 ---" << std::endl;
    // 注册组件到配置管理器
    config_manager.registerListener(db_pool);
    config_manager.registerListener(log_system);
    config_manager.registerGlobalListener(audit_system); // 审计系统监听所有变更
    
    std::cout << "\n--- 初始配置设置 ---" << std::endl;
    // 设置初始配置
    config_manager.setConfig("db.max_connections", "20");
    config_manager.setConfig("db.timeout", "60");
    config_manager.setConfig("log.level", "INFO");
    config_manager.setConfig("log.output", "file");
    
    std::cout << config_manager.getConfigSnapshot();
    
    std::cout << "\n--- 配置热更新演示 ---" << std::endl;
    // 模拟运行时配置更新
    config_manager.setConfig("db.max_connections", "50");  // 增加连接数
    config_manager.setConfig("log.level", "DEBUG");        // 调整日志级别
    config_manager.setConfig("app.cache_size", "1024");    // 新增配置（审计系统会记录）
    
    std::cout << "\n--- 组件状态检查 ---" << std::endl;
    // 检查组件状态
    log_system->log("DEBUG", "这是一条调试消息");
    log_system->log("INFO", "这是一条信息消息");
    
    std::cout << "\n--- 批量配置更新 ---" << std::endl;
    // 模拟从外部配置文件重新加载配置
    config_manager.setConfig("db.max_connections", "30");
    config_manager.setConfig("db.timeout", "45");
    config_manager.setConfig("log.level", "WARN");
    config_manager.setConfig("log.output", "console");
    
    std::cout << "\n最终配置状态:" << std::endl;
    std::cout << config_manager.getConfigSnapshot();
    
    std::cout << "\n=== 演示完成 ===" << std::endl;
    return 0;
}

4. Makefile范例

makefile 复制代码 
# 编译器配置
CXX := g++
CXX_STD := c++17

# 编译选项
CXXFLAGS := -std=$(CXX_STD) -Wall -Wextra -Wpedantic -O2
DEBUG_FLAGS := -g -DDEBUG -O0
RELEASE_FLAGS := -DNDEBUG -O3

# 目标文件
TARGETS := stock_system game_events config_system

# 默认构建所有目标
all: $(TARGETS)

# 股票监控系统
stock_system: stock_system.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<

# 游戏事件系统
game_events: game_events.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<

# 配置管理系统
config_system: config_system.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<

# 调试版本
debug: CXXFLAGS += $(DEBUG_FLAGS)
debug: $(TARGETS)

# 清理构建文件
clean:
	rm -f $(TARGETS) *.o

# 安装依赖（Ubuntu/Debian）
install-deps:
	sudo apt-get update
	sudo apt-get install -y g++ build-essential

# 运行所有测试
test: all
	@echo "运行股票系统测试..."
	@./stock_system
	@echo
	@echo "运行游戏事件系统测试..."
	@./game_events
	@echo
	@echo "运行配置系统测试..."
	@./config_system

.PHONY: all clean debug install-deps test

5. 操作说明

5.1 编译方法

环境要求：

  • GCC 7.0+ 或 Clang 5.0+
  • C++17 支持
  • Linux/Unix 系统（Windows需使用MinGW或WSL）

编译命令：

bash 复制代码 
# 安装编译依赖（Ubuntu/Debian）
make install-deps

# 编译所有目标
make

# 编译调试版本
make debug

# 编译并运行所有测试
make test

5.2 运行方式

股票监控系统：

bash 复制代码 
./stock_system

输出示例：

复制代码 
=== 股票价格监控系统演示 ===

--- 初始订阅阶段 ---
观察者 张投资者 开始监控股票 AAPL
观察者 李投资者 开始监控股票 AAPL
观察者 量子基金 开始监控股票 AAPL
观察者 张投资者 开始监控股票 GOOGL
观察者 量子基金 开始监控股票 GOOGL

--- 价格变化阶段 ---
股票 AAPL 价格变化: 150 -> 148.5
[张投资者] 收到通知: AAPL 当前价格 = 148.5
  → 决策: 持有 AAPL (观望中)
[李投资者] 收到通知: AAPL 当前价格 = 148.5
  → 决策: 持有 AAPL (观望中)
[量子基金] 分析报告 - AAPL: 150 → 148.5 (-1%)

游戏事件系统：

bash 复制代码 
./game_events

输出示例：

复制代码 
=== 游戏引擎事件系统演示 ===

--- 系统注册阶段 ---
注册监听器: 成就系统 -> 事件类型: 2
注册监听器: 成就系统 -> 事件类型: 0
注册监听器: 成就系统 -> 事件类型: 1
注册监听器: 统计系统 -> 事件类型: 2
注册监听器: 统计系统 -> 事件类型: 0
注册监听器: UI系统 -> 事件类型: 0
...

--- 游戏事件模拟 ---
[事件发布] 玩家 玩家1 在生成点 1 生成
[UI通知] 玩家 玩家1 在生成点 1 生成
[事件发布] 玩家 玩家2 在生成点 6 生成
[UI通知] 玩家 玩家2 在生成点 6 生成
[成就系统] 分析报告 - : 0 → 0 (+0%)

配置管理系统：

bash 复制代码 
./config_system

输出示例：

复制代码 
=== 配置管理系统演示 ===

--- 组件注册阶段 ---
注册键监听: 数据库连接池[主数据库] -> db.max_connections
注册键监听: 数据库连接池[主数据库] -> db.timeout
注册键监听: 日志系统 -> log.level
注册键监听: 日志系统 -> log.output
注册全局监听: 配置审计系统

--- 初始配置设置 ---
配置更新: db.max_connections = 20 (原值: 空)
[审计系统] 配置变更审计: db.max_connections =  -> 20
配置更新: db.timeout = 60 (原值: 空)
[审计系统] 配置变更审计: db.timeout =  -> 60
...

5.3 结果解读

正常输出特征：

  • 股票系统：投资者根据价格阈值自动做出买卖决策
  • 游戏系统：各子系统协同处理游戏事件，成就自动解锁
  • 配置系统：配置变更时各组件自动调整行为

设计模式优势体现：

  • 解耦性：主题和观察者相互独立，可以独立变化
  • 扩展性：新增观察者无需修改主题代码
  • 动态性：运行时可以动态添加、删除观察者关系

6. 深入解析：生命周期管理的最佳实践

6.1 weak_ptr的安全使用模式

观察者模式中最重要的技术点就是使用std::weak_ptr避免循环引用和悬空指针：

cpp 复制代码 
class SafeSubject {
private:
    std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers_;
    
public:
    void attach(const std::shared_ptr<Observer>& observer) {
        // 使用weak_ptr避免循环引用
        observers_.push_back(observer);
    }
    
    void notify() {
        // 先清理已失效的观察者
        observers_.erase(
            std::remove_if(observers_.begin(), observers_.end(),
                [](const auto& wp) { return wp.expired(); }),
            observers_.end());
            
        // 再通知有效的观察者
        for (auto& weak_obs : observers_) {
            if (auto observer = weak_obs.lock()) {
                observer->update();
            }
        }
    }
};

6.2 观察者模式的变体与扩展

1. 推模型 vs 拉模型

cpp 复制代码 
// 推模型：主题将详细数据推送给观察者
virtual void update(const EventData& data) = 0;

// 拉模型：观察者从主题拉取需要的数据  
virtual void update(Subject* subject) = 0;

2. 事件过滤机制

cpp 复制代码 
class SelectiveObserver : public Observer {
private:
    std::function<bool(const EventData&)> filter_;
    
public:
    void update(const EventData& data) override {
        if (filter_(data)) {
            // 只处理符合条件的事件
            processEvent(data);
        }
    }
};

3. 异步通知机制

cpp 复制代码 
class AsyncSubject : public Subject {
private:
    std::thread notification_thread_;
    
public:
    void asyncNotify() {
        notification_thread_ = std::thread([this]() {
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
            notify();  // 在后台线程通知
        });
    }
};

7. 总结

观察者模式是构建松耦合、可扩展系统的利器。通过本文的三个完整案例，我们深入掌握了：

核心价值：

  • 实现主题与观察者的解耦，提高代码的可维护性
  • 支持广播通信，简化一对多的依赖关系管理
  • 提供动态订阅机制，增强系统灵活性

关键技术：

  • 使用std::weak_ptr安全管理观察者生命周期
  • 通过模板和继承支持多种事件类型
  • 实现高效的通知和清理机制

适用场景：

  • 事件驱动架构：GUI系统、游戏引擎
  • 数据监控系统：股票行情、系统监控
  • 配置管理系统：热更新、动态调整
  • 分布式系统：消息队列、发布订阅

观察者模式虽然简单，但却是构建现代软件系统的基础模式。掌握它，就掌握了构建响应式、可扩展系统的关键技能。

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