C++ Observer Pattern 완벽 가이드 | 이벤트 기반 아키텍처와 신호/슬롯
이 글의 핵심
C++ Observer Pattern 완벽 가이드에 대한 실전 가이드입니다. 이벤트 기반 아키텍처와 신호/슬롯 등을 예제와 함께 상세히 설명합니다.
Observer Pattern이란? 왜 필요한가
브라우저·Node에서는 JavaScript 옵저버·이벤트 패턴으로 같은 결합도 문제를 푸는 경우가 많습니다. C++ 쪽 행동 패턴 묶음은 행동 패턴 시리즈와 함께 보면 좋습니다.
문제 시나리오: 상태 변경 알림
문제: 데이터 모델이 변경되면, 여러 UI 컴포넌트를 업데이트해야 합니다. 각 컴포넌트를 직접 호출하면 강한 결합이 생깁니다.
// 나쁜 예: 강한 결합
class DataModel {
public:
void setValue(int v) {
value = v;
// UI 컴포넌트를 직접 호출
chart->update(value);
label->update(value);
logger->log(value);
}
private:
int value;
Chart* chart;
Label* label;
Logger* logger;
};문제점:
- 강한 결합:
DataModel이 모든 UI 컴포넌트를 알아야 함 - 확장 어려움: 새 컴포넌트 추가 시
DataModel수정 필요 - 재사용 불가:
DataModel을 다른 프로젝트에서 재사용 어려움
해결: Observer Pattern은 Subject(관찰 대상)와 Observer(관찰자)를 분리합니다. Subject는 Observer 목록만 관리하고, 상태 변경 시 notify()로 알립니다.
// 좋은 예: 느슨한 결합
class DataModel {
public:
void setValue(int v) {
value = v;
notify(value); // 모든 Observer에 알림
}
void attach(std::shared_ptr<Observer> obs) {
observers.push_back(obs);
}
private:
int value;
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
void notify(int value) {
for (auto& obs : observers) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->update(value);
}
}
}
};flowchart TD
subject["Subject (DataModel)"]
obs1["Observer 1 (Chart)"]
obs2["Observer 2 (Label)"]
obs3["Observer 3 (Logger)"]
subject -->|notify| obs1
subject -->|notify| obs2
subject -->|notify| obs3
obs1 -.->|attach| subject
obs2 -.->|attach| subject
obs3 -.->|attach| subject
목차
1. 기본 구조
최소 Observer
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
class Observer {
public:
virtual void update(int value) = 0;
virtual ~Observer() = default;
};
class Subject {
public:
void attach(std::shared_ptr<Observer> obs) {
observers.push_back(obs);
}
void notify(int value) {
for (auto& obs : observers) {
obs->update(value);
}
}
private:
std::vector<std::shared_ptr<Observer>> observers;
};
class ConcreteObserver : public Observer {
public:
ConcreteObserver(const std::string& name) : name_(name) {}
void update(int value) override {
std::cout << name_ << " received: " << value << '\n';
}
private:
std::string name_;
};
int main() {
Subject subject;
auto obs1 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer1");
auto obs2 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer2");
subject.attach(obs1);
subject.attach(obs2);
subject.notify(42);
// Observer1 received: 42
// Observer2 received: 42
}2. weak_ptr로 메모리 누수 방지
문제: 순환 참조
// ❌ 잘못된 사용: shared_ptr로 순환 참조
class Subject {
std::vector<std::shared_ptr<Observer>> observers; // 강한 참조
};
// Subject가 Observer를 소유, Observer가 Subject를 소유 → 순환 참조해결: weak_ptr
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
class Observer {
public:
virtual void update(int value) = 0;
virtual ~Observer() = default;
};
class Subject {
public:
void attach(std::shared_ptr<Observer> obs) {
observers.push_back(obs); // weak_ptr로 저장
}
void notify(int value) {
// 만료된 Observer 제거
observers.erase(
std::remove_if(observers.begin(), observers.end(),
{
return wp.expired();
}),
observers.end()
);
// 알림
for (auto& obs : observers) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->update(value);
}
}
}
private:
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
};
class ConcreteObserver : public Observer {
public:
ConcreteObserver(const std::string& name) : name_(name) {}
~ConcreteObserver() {
std::cout << name_ << " destroyed\n";
}
void update(int value) override {
std::cout << name_ << " received: " << value << '\n';
}
private:
std::string name_;
};
int main() {
Subject subject;
{
auto obs1 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer1");
subject.attach(obs1);
subject.notify(42); // Observer1 received: 42
} // obs1 소멸
subject.notify(100); // 만료된 Observer는 알림 안 받음
}출력:
Observer1 received: 42
Observer1 destroyed3. 이벤트 타입별 Observer
다양한 이벤트 처리
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <string>
class Event {
public:
virtual ~Event() = default;
};
class ValueChangedEvent : public Event {
public:
ValueChangedEvent(int v) : value(v) {}
int value;
};
class ErrorEvent : public Event {
public:
ErrorEvent(const std::string& m) : message(m) {}
std::string message;
};
class Observer {
public:
virtual void onEvent(const Event& event) = 0;
virtual ~Observer() = default;
};
class Subject {
public:
void attach(std::shared_ptr<Observer> obs) {
observers.push_back(obs);
}
void notifyEvent(const Event& event) {
for (auto& obs : observers) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->onEvent(event);
}
}
}
private:
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
};
class ConcreteObserver : public Observer {
public:
void onEvent(const Event& event) override {
if (auto* ve = dynamic_cast<const ValueChangedEvent*>(&event)) {
std::cout << "Value changed: " << ve->value << '\n';
} else if (auto* ee = dynamic_cast<const ErrorEvent*>(&event)) {
std::cout << "Error: " << ee->message << '\n';
}
}
};
int main() {
Subject subject;
auto obs = std::make_shared<ConcreteObserver>();
subject.attach(obs);
subject.notifyEvent(ValueChangedEvent(42));
subject.notifyEvent(ErrorEvent("Something went wrong"));
}4. 신호/슬롯 패턴
Qt 스타일 신호/슬롯
#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
template<typename... Args>
class Signal {
public:
using Slot = std::function<void(Args...)>;
void connect(Slot slot) {
slots.push_back(slot);
}
void emit(Args... args) {
for (auto& slot : slots) {
slot(args...);
}
}
private:
std::vector<Slot> slots;
};
class Button {
public:
Signal<> clicked;
void click() {
std::cout << "Button clicked\n";
clicked.emit();
}
};
int main() {
Button button;
button.clicked.connect( {
std::cout << "Handler 1: Button was clicked\n";
});
button.clicked.connect( {
std::cout << "Handler 2: Logging click event\n";
});
button.click();
// Button clicked
// Handler 1: Button was clicked
// Handler 2: Logging click event
}5. 자주 발생하는 문제와 해결법
문제 1: 순환 참조
증상: 메모리 누수.
원인: Subject와 Observer가 서로 shared_ptr로 참조.
// ❌ 잘못된 사용: shared_ptr로 순환 참조
class Subject {
std::vector<std::shared_ptr<Observer>> observers;
};
// ✅ 올바른 사용: weak_ptr
class Subject {
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
};문제 2: 알림 중 Observer 제거
증상: Iterator 무효화, 크래시.
원인: notify() 중에 Observer가 detach()를 호출.
// ❌ 잘못된 사용: 알림 중 제거
void notify() {
for (auto& obs : observers) {
obs->update(); // update()에서 detach() 호출 → iterator 무효화
}
}
// ✅ 올바른 사용: 복사본으로 알림
void notify() {
auto copy = observers; // 복사
for (auto& obs : copy) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->update();
}
}
}문제 3: 재진입
증상: 무한 루프.
원인: Observer의 update()에서 Subject의 setValue()를 호출 → 다시 notify().
// ❌ 잘못된 사용: 재진입
void Observer::update(int value) {
subject->setValue(value + 1); // 무한 루프
}
// ✅ 올바른 사용: 재진입 방지
class Subject {
void notify() {
if (notifying) return; // 재진입 방지
notifying = true;
// ... 알림 ...
notifying = false;
}
private:
bool notifying = false;
};6. 프로덕션 패턴
패턴 1: 우선순위 Observer
#include <map>
#include <memory>
class Subject {
public:
void attach(std::shared_ptr<Observer> obs, int priority = 0) {
observers[priority].push_back(obs);
}
void notify(int value) {
// 우선순위 높은 순서대로 알림
for (auto it = observers.rbegin(); it != observers.rend(); ++it) {
for (auto& obs : it->second) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->update(value);
}
}
}
}
private:
std::map<int, std::vector<std::weak_ptr<Observer>>> observers;
};패턴 2: 비동기 알림
#include <thread>
#include <future>
class Subject {
public:
void notifyAsync(int value) {
auto copy = observers;
std::thread([copy, value]() {
for (auto& obs : copy) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->update(value);
}
}
}).detach();
}
private:
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
};7. 완전한 예제: 주식 시장 모니터
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <string>
#include <algorithm>
class StockObserver {
public:
virtual void onPriceChanged(const std::string& symbol, double price) = 0;
virtual ~StockObserver() = default;
};
class StockMarket {
public:
void attach(std::shared_ptr<StockObserver> obs) {
observers.push_back(obs);
}
void detach(std::shared_ptr<StockObserver> obs) {
observers.erase(
std::remove_if(observers.begin(), observers.end(),
[&obs](const std::weak_ptr<StockObserver>& wp) {
auto sp = wp.lock();
return !sp || sp == obs;
}),
observers.end()
);
}
void setPrice(const std::string& symbol, double price) {
prices[symbol] = price;
notifyPriceChanged(symbol, price);
}
private:
std::map<std::string, double> prices;
std::vector<std::weak_ptr<StockObserver>> observers;
void notifyPriceChanged(const std::string& symbol, double price) {
auto copy = observers;
for (auto& obs : copy) {
if (auto ptr = obs.lock()) {
ptr->onPriceChanged(symbol, price);
}
}
}
};
class PriceDisplay : public StockObserver {
public:
PriceDisplay(const std::string& name) : name_(name) {}
void onPriceChanged(const std::string& symbol, double price) override {
std::cout << "[" << name_ << "] " << symbol << ": $" << price << '\n';
}
private:
std::string name_;
};
class PriceAlert : public StockObserver {
public:
PriceAlert(const std::string& symbol, double threshold)
: symbol_(symbol), threshold_(threshold) {}
void onPriceChanged(const std::string& symbol, double price) override {
if (symbol == symbol_ && price > threshold_) {
std::cout << "ALERT: " << symbol << " exceeded $" << threshold_ << '\n';
}
}
private:
std::string symbol_;
double threshold_;
};
int main() {
StockMarket market;
auto display = std::make_shared<PriceDisplay>("MainDisplay");
auto alert = std::make_shared<PriceAlert>("AAPL", 150.0);
market.attach(display);
market.attach(alert);
market.setPrice("AAPL", 145.0); // [MainDisplay] AAPL: $145
market.setPrice("AAPL", 155.0); // [MainDisplay] AAPL: $155
// ALERT: AAPL exceeded $150
}정리
| 개념 | 설명 |
|---|---|
| Observer Pattern | Subject가 Observer에 상태 변경 알림 |
| 목적 | 느슨한 결합, 이벤트 기반 아키텍처 |
| 구조 | Subject (attach, notify), Observer (update) |
| 장점 | 확장성, 재사용성, 동적 구독 |
| 단점 | 순환 참조, 알림 순서 불확실, 성능 오버헤드 |
| 사용 사례 | UI 업데이트, 이벤트 시스템, MVC 패턴 |
Observer Pattern은 이벤트 기반 시스템에서 느슨한 결합을 구현하는 핵심 디자인 패턴입니다.
FAQ
Q1: Observer Pattern은 언제 쓰나요?
A: 한 객체의 상태 변경을 여러 객체에 알려야 하고, 느슨한 결합이 필요할 때 사용합니다.
Q2: weak_ptr을 왜 쓰나요?
A: 순환 참조 방지와 Observer 자동 제거를 위해 사용합니다.
Q3: 알림 순서는 보장되나요?
A: 보장 안 됩니다. 우선순위가 필요하면 우선순위 Observer 패턴을 사용하세요.
Q4: 신호/슬롯과 차이는?
A: 신호/슬롯은 Observer Pattern의 변형으로, 타입 안전하고 함수 객체를 직접 연결합니다 (Qt 스타일).
Q5: 성능 오버헤드는?
A: Observer 수에 비례합니다. 비동기 알림으로 완화 가능합니다.
Q6: Observer Pattern 학습 리소스는?
A:
- “Design Patterns” by Gang of Four
- “Head First Design Patterns” by Freeman & Freeman
- Refactoring Guru: Observer Pattern
한 줄 요약: Observer Pattern으로 이벤트 기반 아키텍처를 구현하고 느슨한 결합을 달성할 수 있습니다. 다음으로 Strategy Pattern을 읽어보면 좋습니다.
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