C++设计模式——Observer观察者模式

一，观察者模式的定义

观察者模式是一种行为型设计模式，又被称为"发布-订阅"模式，它定义了对象之间的一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。

观察者模式的关注点是对象之间的通信以及被观察对象的状态。

观察者模式在现实生活中的抽象实例：

报纸订阅：报纸的内容发生变化时，订阅了该报纸的读者们都会收到通知并阅读最新的内容。

股票投资：股票的价格发生波动时，投资者们会根据最新价格修改相应的投资决策。

天气预报：当天气发生变化时，订阅了该服务的用户们会收到通知。

网络论坛：当论坛中有新的帖子或回复出现时，论坛的用户们会收到通知并可以参与讨论。

二，观察者模式的结构

观察者模式主要包含以下组件：

1.被观察者(Subject)：

被观察的对象，它的内部包含了观察者对象的集合，并提供了添加、通知和删除观察者对象的统一接口。

2.观察者(Observer)：

接收Subject通知的对象，它订阅了Subject的状态，并提供了更新操作的统一接口。

3.具体的被观察者(ConcreteSubject)：

包含Subject类接口的具体实现，维护了观察者的列表，自身状态发生变化时通知所有的观察者。

4.具体的观察者(ConcreteObserver)：

包含Observer类接口的具体实现，提供了更新操作的具体实现细节，一旦收到Subject的通知便进行更新操作。

组件之间的工作步骤如下：

1.被观察者维护一个观察者的列表，并提供了管理和通知观察者的方法。

2.观察者与被观察者绑定(attach)，并将自己添加到观察者列表中。

3.当被观察者的状态发生变化时，开始通知观察者，通知的方式一般是遍历观察者列表，遍历时会调用每个观察者的更新方法。

4.观察者完成具体的更新操作。

对应UML类图：

三，观察者模式代码样例

Demo1：subject只完成通知

运行结果：

Demo2：subject完成通知并传参

运行结果：

四，观察者模式的应用场景

事件驱动编程：GUI界面开发时，监听用户在界面的各种操作，如按钮点击、窗口关闭等。

监控服务开发：当系统状态发生变化时（例如磁盘空间不足），工具会收到通知。

消息队列开发：基于"消费者-生产者"模式进行通信，当消息队列中有新的消息时，消费者会收到通知。

五，观察者模式的优缺点

观察者模式的优点：

符合"开闭原则"的要求。

支持广播的通信方式。

支持事件驱动编程。

可以动态添加观察者，代码扩展性好。

观察者模式的缺点：

每次状态变化都要遍历所有观察者，性能开销大。

每次状态变化都要通知所有的观察者，通信时间变长。

观察者数量过多会使代码的可读性变差。

当有多个客户端操作观察者的删除时，会带来数据安全问题。

六，代码实战

Demo1：基于观察者模式实现的模拟时钟定时

运行结果：

Demo2：基于观察者模式实现的模拟天气预报

运行结果：

七，参考阅读

https://sourcemaking.com/design_patterns/observer

https://www.modernescpp.com/index.php/the-observer-pattern/

https://www.geeksforgeeks.org/observer-pattern-c-design-patterns/

https://refactoringguru.cn/design-patterns/observer