深入理解观察者模式 —— Qt信号槽机制的实现

观察者模式是一种行为型设计模式，允许一个对象（被观察者）状态发生变化时通知一组依赖它的对象（观察者），从而实现对象之间的解耦。在这篇文章中，我们将探讨如何用 C++ 和 Python 实现观察者模式，并在代码中清晰地体现这一设计模式的核心思想。

其实Qt的信号槽机制，就是借住了这一设计模式，并对其进行了一些扩展。由于Qt广泛的被C++和Python用户使用，所以这里给出Python和C++两个版本的简单实现示例。

观察者模式的核心

Subject（被观察者）
维护观察者列表并提供注册、移除和通知观察者的机制。
Observer（观察者）
定义接口，提供 update 方法，供被观察者在状态变化时调用。
ConcreteObserver（具体观察者）
实现观察者接口，响应被观察者的通知。

C++ 实现观察者模式

代码实现

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <algorithm>// 抽象观察者接口
class Observer {
public:virtual ~Observer() = default;virtual void update(const std::string& message) = 0;
};// 被观察者类
class Subject {
public:void attach(const std::shared_ptr<Observer>& observer) {m_observers.push_back(observer);}void detach(const std::shared_ptr<Observer>& observer) {m_observers.erase(std::remove(m_observers.begin(), m_observers.end(), observer),m_observers.end());}void notify(const std::string& message) {for (const auto& observer : m_observers) {if (observer) {observer->update(message);}}}private:std::vector<std::shared_ptr<Observer>> m_observers; // 观察者列表
};// 具体观察者
class ConcreteObserver : public Observer {
public:explicit ConcreteObserver(const std::string& name) : m_name(name) {}void update(const std::string& message) override {std::cout << "Observer [" << m_name << "] received message: " << message << std::endl;}private:std::string m_name; // 观察者名称
};int main() {// 创建被观察者Subject subject;// 创建具体观察者auto observer1 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer1");auto observer2 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer2");// 注册观察者subject.attach(observer1);subject.attach(observer2);// 通知所有观察者std::cout << "Sending notification: 'Event A occurred'" << std::endl;subject.notify("Event A occurred");// 移除一个观察者subject.detach(observer1);// 再次通知std::cout << "Sending notification: 'Event B occurred'" << std::endl;subject.notify("Event B occurred");return 0;
}

输出结果

Sending notification: 'Event A occurred'
Observer [Observer1] received message: Event A occurred
Observer [Observer2] received message: Event A occurred
Sending notification: 'Event B occurred'
Observer [Observer2] received message: Event B occurred

Python 实现观察者模式

代码实现

from typing import List# 抽象观察者接口
class Observer:def update(self, message: str):"""被通知时调用的方法"""raise NotImplementedError("Subclass must implement abstract method")# 被观察者类
class Subject:def __init__(self):self._observers: List[Observer] = []  # 观察者列表def attach(self, observer: Observer):"""注册观察者"""if observer not in self._observers:self._observers.append(observer)def detach(self, observer: Observer):"""移除观察者"""if observer in self._observers:self._observers.remove(observer)def notify(self, message: str):"""通知所有观察者"""for observer in self._observers:observer.update(message)# 具体观察者
class ConcreteObserver(Observer):def __init__(self, name: str):self._name = namedef update(self, message: str):print(f"Observer {self._name} received message: {message}")# 测试代码
if __name__ == "__main__":# 创建被观察者subject = Subject()# 创建具体观察者observer1 = ConcreteObserver("Observer1")observer2 = ConcreteObserver("Observer2")# 注册观察者subject.attach(observer1)subject.attach(observer2)# 通知所有观察者print("Sending notification: 'Event A occurred'")subject.notify("Event A occurred")# 移除一个观察者subject.detach(observer1)# 再次通知print("Sending notification: 'Event B occurred'")subject.notify("Event B occurred")

输出结果

Sending notification: 'Event A occurred'
Observer Observer1 received message: Event A occurred
Observer Observer2 received message: Event A occurred
Sending notification: 'Event B occurred'
Observer Observer2 received message: Event B occurred

比较与分析

C++ 和 Python 的对比
- C++ 通过智能指针（std::shared_ptr）管理观察者生命周期，防止内存泄漏。
- Python 利用动态特性和内置容器（如 list），代码更简洁，开发效率更高。
扩展性
- 两种语言都可以轻松扩展为支持更复杂的通知机制，例如传递多参数、支持异步事件等。