Паттерн наблюдатель - один из классических шаблонов проектирования, который активно используется в программировании для реализации модели подписки-уведомления, позволяющей объектам динамически отслеживать изменения в других объектах. В языке C++ эта концепция часто изучается как пример шаблонных и объектно-ориентированных механизмов, но его классическая реализация порой требует доработок для современных реалий и особенностей языка. Третья часть серии о паттерне наблюдатель представляет собой логическое завершение пути от жесткой, основанной на наследовании структуры к элегантному, минималистичному и удобочитаемому решению на основе композиции и функциональных объектов. В этой статье подробно рассмотрим, как можно достичь нового уровня гибкости и удобства в использовании паттерна, используя современные возможности C++. Начнем с осознания основных проблем классического подхода, где подписчики и издатели реализуются через иерархию базовых и наследуемых классов, зачастую с виртуальными методами.
Такой подход приводит к усложнению кода, росту шаблонного и виртуального механизма, избыточным переопределениям, а также к снижению гибкости при добавлении новых типов сообщений или поведения. В предыдущих частях серии уже было показано, что переход на шаблонно-интерфейсный уровень помогает сохранить типобезопасность, но при этом всё еще чувствуется множество лишних виртуальных вызовов и наследования, которые трудно масштабировать. Ключевой шаг в эволюции паттерна - отказ от наследования в пользу композиции, когда подписчик перестает быть базовым классом, а становится просто оберткой над callable-объектом - функцией, лямбда-выражением или функциональным объектом, который вызывается при обновлении. Это дает возможность вложить в подписчика конкретную логику обновления, владеющую окружением, не привязываясь к сложно структурированным классам. Особенность такого подхода - подписчик становится легковесным контейнером, который хранит функцию обратного вызова, вызываемую издателем при уведомлении.
Использование std::function в качестве типа callable решает сразу несколько задач - позволяет удобно передавать разные виды функций, включать в них лямбды с захватом контекста, а также уменьшает количество шаблонных параметров, упрощая интерфейс. Подписчики становятся не только гибкими, но и более автономными и изолированными по своим обязанностям. Следующий этап - пересмотр реализации издателя. Ранее издатель представлялся в виде класса с виртуальной функцией отправки уведомления каждому подписчику. При применении композиции и внедрении новых подписчиков с callable, необходимость использования виртуальных функций и наследования отпадает.
Издатель становится простым контейнером подписчиков, с набором методов добавления, удаления и переговоров с ними без виртуальных переопределений и лишнего кода переадресации. Еще одним преимуществом данного подхода является возможность одновременно вести публикацию разных типов сообщений без смешения логики и без создания громоздкой иерархии. За счет создания отдельного экземпляра издателя под каждый тип сообщений мы сохраняем типобезопасность и при этом получаем изолированные каналы оповещений. Такой дизайн значительно облегчает масштабирование системы, позволяя добавлять новые типы сообщений или подписчиков без рефакторинга существующих компонентов. Для упрощения работы с такими издателями и подписчиками применяется класс-обертка пользователя, который содержит подписчиков как члены класса и управляет подпиской и отпиской в конструкторе и деструкторе.
Это позволяет подписчикам логично и удобно обновлять состояние окружения, вызывая методы использующего класс через ранее заданные callable. Благодаря таким лямбда-выражениям, подписчики тесно интегрируются с логикой пользователя, избавляя от сложных посредников и шаблонных параметров. Данная архитектура обладает важным преимуществом - она объединяет в себе композитность и простоту без излишней шаблонности и наследования, делает систему максимально легко читаемой и поддерживаемой. Также достигается уменьшение избыточного кода, сохранение безопасности типов и ясности ответственности каждого компонента. В итоге получаем паттерн наблюдателя в современном C++ стиле, где издатель и подписчик отделены концептуально, подписчики представлены через callable-объекты, а издатели содержат минимальную бизнес-логику, лишь уведомляя подписчиков об изменениях.
Такой подход отлично масштабируется для разных доменных задач, будь то конфигурационные системы, обработка событий или UI-системы с реактивным обновлением. Кроме того, благодаря отказу от виртуальной диспетчеризации и избыточного наследования достигается уменьшение бинарного размера приложения и потенциальное повышение производительности, что особенно важно в областях с высокими требованиями к ресурсам и времени отклика. Подводя итог, можно отметить, что переход от традиционного наследования к композиции и функциональному стилю - логичный и выгодный шаг развития паттерна наблюдатель в C++. Он отражает современные тенденции в языке, ориентированные на простоту, гибкость и безопасность кода. Этот путь позволяет создавать проекты с более четкой архитектурой, легко добавлять новые функции и поддерживать их на высоком уровне качества.
Такой эволюционный процесс - отличный пример того, как классические паттерны адаптируются под новые возможности языка. Выстраивая взаимодействие объектов через композицию и функциональные объекты, программисты могут писать более выразительный и поддерживаемый код, что положительно сказывается на продуктивности и надежности проектов. В заключение стоит подчеркнуть, что описанный подход легко интегрируется в существующие проекты и открывает горизонты для дальнейших усовершенствований архитектуры систем, позволяя строить на основе паттерна наблюдатель масштабируемые и устойчивые приложения на C++. Этот опыт пригодится всем, кто стремится освоить передовые техники проектирования и максимально использовать потенциал современного C++ для реализации эффективных и элегантных решений. .
