设计模式之观察者与策略：面试官问“ROS2回调机制用的什么模式”，我没答上来

郑伟强dev

137人浏览 · 2026-07-16 00:10:32

郑伟强dev · 2026-07-16 00:10:32 发布

上篇聊了单例和工厂模式，今天继续设计模式专题，聊聊观察者模式和策略模式。

这两个模式在机器人开发里特别常见——ROS2的回调机制就是观察者模式，机器人的行为切换就是策略模式。但面试的时候，很多人知道怎么用，却说不出背后的设计模式。

面试官问"ROS2的回调机制用的什么设计模式？"如果你能直接回答"观察者模式"，并且讲清楚为什么，面试官对你的评价会高一个档次。

观察者模式：发布-订阅的本质

观察者模式的定义：对象之间一对多的依赖关系。当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知。

ROS2的发布-订阅机制就是这个模式的实现。话题（Topic）是被观察的对象，订阅者是观察者，发布者负责通知。

用C++实现一个简单的观察者模式：

#include <functional>
#include <vector>
#include <string>

// 观察者接口
template<typename EventType>
class Observer {
public:
    virtual void onEvent(const EventType& event) = 0;
    virtual ~Observer() = default;
};

// 被观察者（主题）
template<typename EventType>
class Subject {
    std::vector<Observer<EventType>*> observers_;
public:
    void subscribe(Observer<EventType>* observer) {
        observers_.push_back(observer);
    }
    
    void unsubscribe(Observer<EventType>* observer) {
        observers_.erase(
            std::remove(observers_.begin(), observers_.end(), observer),
            observers_.end());
    }
    
    void notify(const EventType& event) {
        for (auto* observer : observers_) {
            observer->onEvent(event);
        }
    }
};

在机器人系统里，激光雷达数据发布后，可能有多个模块需要接收：导航模块要用来避障，建图模块要用来更新地图，显示模块要用来可视化。这就是典型的观察者模式。

策略模式：让行为可以动态切换

策略模式的定义：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以互相替换。

在机器人开发里，最常见的场景是导航策略的切换。比如机器人在不同环境下用不同的导航策略：开阔地带用直线导航，狭窄通道用慢速精确导航，人多的地方用保守导航。

// 策略接口
class NavigationStrategy {
public:
    virtual void navigate(const Pose& current, const Pose& target) = 0;
    virtual ~NavigationStrategy() = default;
};

// 具体策略
class FastNavigation : public NavigationStrategy {
public:
    void navigate(const Pose& current, const Pose& target) override {
        // 直线路径规划，速度优先
        cout << "Fast navigation to target" << endl;
    }
};

class CautiousNavigation : public NavigationStrategy {
public:
    void navigate(const Pose& current, const Pose& target) override {
        // 保守路径规划，安全优先
        cout << "Cautious navigation to target" << endl;
    }
};

// 上下文：机器人控制器
class RobotController {
    unique_ptr<NavigationStrategy> strategy_;
public:
    void setStrategy(unique_ptr<NavigationStrategy> strategy) {
        strategy_ = std::move(strategy);
    }
    
    void update(const Pose& current, const Pose& target) {
        strategy_->navigate(current, target);
    }
};

使用的时候：

RobotController controller;

// 开阔地带，用快速导航
controller.setStrategy(make_unique<FastNavigation>());
controller.update(current_pose, target_pose);

// 进入狭窄区域，切换到保守导航
controller.setStrategy(make_unique<CautiousNavigation>());
controller.update(current_pose, target_pose);

策略模式的好处是把算法的定义和使用分开。新增一种导航策略，不需要改RobotController的代码。

观察者模式在ROS2中的实际应用

ROS2的回调函数本质上就是观察者模式。你创建一个订阅者，注册一个回调函数，当消息到达时，回调函数被调用。

class LidarProcessor : public rclcpp::Node {
public:
    LidarProcessor() : Node("lidar_processor") {
        subscription_ = this->create_subscription<sensor_msgs::msg::LaserScan>(
            "scan", 10,
            [this](const sensor_msgs::msg::LaserScan::SharedPtr msg) {
                processScan(msg);
            });
    }
    
private:
    void processScan(const sensor_msgs::msg::LaserScan::SharedPtr& msg) {
        // 处理激光雷达数据
    }
    rclcpp::Subscription<sensor_msgs::msg::LaserScan>::SharedPtr subscription_;
};

这里的Lambda表达式就是观察者。它观察"scan"这个话题，当有新消息时，被通知执行。

ROS2的回调组（Callback Group）也是观察者模式的延伸。你可以把多个回调放在同一个组里，控制它们的执行顺序和并发方式。