引言
你是否曾遇到这样的需求：一个对象的状态发生变化后，希望通知其他对象进行相应的更新？比如：
- 新闻订阅系统：当新闻发布后，所有订阅者都会收到通知。
- 股票行情推送：股价变化时，所有关注该股票的投资者都会收到更新信息。
- Qt 界面开发：按钮被点击时，窗口应该发生某些变化。
这些场景都适用于观察者模式（Observer Pattern）。
在本篇文章中，我们不仅讲清楚观察者模式的结构，还会用 Qt 的信号与槽机制 来深入解析，让你真正理解这一模式的奥秘！
1. 什么是观察者模式？
观察者模式是一种 一对多 的设计模式，允许多个对象（观察者）监听某个对象（被观察者）的状态变化，并在变化时收到通知。
简单来说：
- 被观察者（Subject）：负责维护一个观察者列表，并在状态发生变化时通知所有观察者。
- 观察者（Observer）：接收被观察者的通知并做出相应反应。
现实例子：
| 场景 | 被观察者（Subject） | 观察者（Observer） |
|---|---|---|
| 微信公众号订阅 | 公众号 | 订阅的用户 |
| 股票市场 | 股票 | 关注股票的投资者 |
| UI 界面按钮点击 | 按钮（QPushButton） | 监听点击的槽函数 |
2. 观察者模式的结构
观察者模式一般包括以下角色：
-
Subject（被观察者）：
- 维护一个观察者列表（即谁在关注它）。
- 当自身状态发生变化时，通知所有观察者。
-
Observer（观察者）：
- 订阅 Subject，并实现
update()方法，接收状态变化通知。
- 订阅 Subject，并实现
-
通知机制：
- Subject 需要提供
attach()和notify()方法，管理观察者并进行通知。
- Subject 需要提供
观察者模式 UML 结构图
+-------------+ +----------------+
| Observer |<------| Subject |
+-------------+ +----------------+
| +update() | | +attach() |
| | | +detach() |
| | | +notify() |
+-------------+ +----------------+
3. 传统 C++ 实现观察者模式
在 C++ 中，我们可以用 vector 存储观察者列表，并手动通知它们：
传统 C++ 实现
#include <iostream>
#include <vector>
// 观察者接口
class Observer {
public:
virtual void update(int value) = 0;
};
// 被观察者（Subject）
class Subject {
private:
std::vector<Observer*> observers;
int state;
public:
void attach(Observer* observer) { observers.push_back(observer); }
void notify() {
for (Observer* obs : observers) {
obs->update(state);
}
}
void setState(int value) {
state = value;
notify();
}
};
// 具体观察者
class ConcreteObserver : public Observer {
public:
void update(int value) override {
std::cout << "Observer received update: " << value << std::endl;
}
};
int main() {
Subject subject;
ConcreteObserver observer1, observer2;
subject.attach(&observer1);
subject.attach(&observer2);
subject.setState(42); // 触发通知
}
问题：
- 需要手动管理
Observer的列表。 notify()需要手动遍历所有观察者，不够灵活。- 可能会出现空指针问题（被观察者销毁后，观察者仍在使用）。
4. 用 Qt 信号与槽实现观察者模式
Qt 提供了一种更强大、更安全的实现方式——信号（Signal）与槽（Slot）机制。它本质上就是观察者模式的扩展，但更加灵活和易用！
信号与槽如何实现观察者模式？
| 观察者模式角色 | Qt 信号与槽对应 |
|---|---|
| Subject（被观察者） | QObject + Signal |
| Observer（观察者） | QObject + Slot |
| 通知机制 | connect() |
Qt 实现观察者模式
#include <QObject>
#include <QDebug>
// 被观察者（Subject）
class Subject : public QObject {
Q_OBJECT
signals:
void valueChanged(int newValue); // 信号（事件）
public:
void setValue(int value) {
emit valueChanged(value); // 触发信号，通知观察者
}
};
// 观察者（Observer）
class Observer : public QObject {
Q_OBJECT
public slots:
void onValueChanged(int newValue) {
qDebug() << "Observer received new value:" << newValue;
}
};
int main() {
Subject subject;
Observer observer;
// 连接信号和槽
QObject::connect(&subject, &Subject::valueChanged, &observer, &Observer::onValueChanged);
// 触发事件
subject.setValue(42);
}
Qt 信号与槽 vs 传统观察者模式
| 对比项 | 传统观察者模式 | Qt 信号与槽 |
|---|---|---|
| 观察者管理方式 | 需手动维护列表 | 自动管理 |
| 触发方式 | 直接调用 update() | emit 发送信号 |
| 线程安全 | 需要手动同步 | Qt::QueuedConnection 支持多线程 |
| 解除连接 | 需要手动移除观察者 | disconnect() 轻松解绑 |
5. 信号与槽让观察者模式更强大
- 自动管理连接，避免空指针错误。
- 支持跨线程通信，不需要额外的同步机制。
- 更灵活：可以在运行时动态连接和解除连接。
- 更易读：代码清晰，不需要手动维护
std::vector<Observer*>。
6. 观察者模式如何运用到实际开发中？
1. UI 界面更新
- 当数据变化时，自动更新 UI 界面（如
QLabel、QProgressBar）。
QObject::connect(&subject, &Subject::valueChanged, ui->label, &QLabel::setText);
2. 多线程任务通知主线程
- 通过
Qt::QueuedConnection让后台线程通知主线程刷新 UI。
3. 事件驱动开发
- Qt 本身就是事件驱动的，信号与槽大幅减少了回调函数的使用。
7. 总结
- 观察者模式解决了 对象间的事件通知 问题。
- Qt 信号与槽机制 是观察者模式的高级实现，提供自动管理、类型安全、跨线程支持。
- 在 Qt 开发中，几乎所有 UI 组件、后台任务、事件响应都基于 信号与槽。
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