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观察者模式 - 观察者模式的应用场景

article 2025/1/24 0:17:40

引言

观察者模式（Observer Pattern）是设计模式中行为型模式的一种，它定义了对象之间的一对多依赖关系，使得当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会自动收到通知并更新。观察者模式广泛应用于事件处理系统、GUI框架、消息队列等场景中。

本文将详细介绍观察者模式的概念、实现方式以及在C++中的应用场景。

观察者模式的概念

定义

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者对象都会收到通知并自动更新。

角色

观察者模式主要包含以下角色：

Subject（主题）：主题是被观察的对象，它维护一个观察者列表，并提供添加、删除和通知观察者的方法。
Observer（观察者）：观察者是依赖于主题的对象，它定义了一个更新接口，用于在主题状态改变时接收通知。
ConcreteSubject（具体主题）：具体主题是主题的具体实现，它维护一个状态，并在状态改变时通知所有观察者。
ConcreteObserver（具体观察者）：具体观察者是观察者的具体实现，它实现更新接口以响应主题的状态变化。

优点

解耦：观察者模式将观察者和主题解耦，使得它们可以独立变化。
灵活性：可以动态地添加或删除观察者，而不影响主题或其他观察者。
一致性：确保所有观察者在主题状态改变时都能及时更新。

缺点

性能问题：如果观察者数量过多，通知所有观察者可能会导致性能问题。
循环依赖：如果观察者和主题之间存在循环依赖，可能会导致系统复杂性增加。

观察者模式的实现

下面是一个简单的观察者模式的实现示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 前向声明
class Observer;

// 主题接口
class Subject {
public:
    virtual ~Subject() {}
    virtual void attach(Observer* observer) = 0;
    virtual void detach(Observer* observer) = 0;
    virtual void notify() = 0;
};

// 观察者接口
class Observer {
public:
    virtual ~Observer() {}
    virtual void update(int state) = 0;
};

// 具体主题
class ConcreteSubject : public Subject {
private:
    std::vector<Observer*> observers;
    int state;

public:
    void attach(Observer* observer) override {
        observers.push_back(observer);
    }

    void detach(Observer* observer) override {
        observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());
    }

    void notify() override {
        for (Observer* observer : observers) {
            observer->update(state);
        }
    }

    void setState(int state) {
        this->state = state;
        notify();
    }

    int getState() const {
        return state;
    }
};

// 具体观察者
class ConcreteObserver : public Observer {
private:
    int observerState;
    ConcreteSubject* subject;

public:
    ConcreteObserver(ConcreteSubject* subject) : subject(subject) {
        subject->attach(this);
    }

    ~ConcreteObserver() {
        subject->detach(this);
    }

    void update(int state) override {
        observerState = state;
        std::cout << "Observer updated with state: " << observerState << std::endl;
    }
};

int main() {
    ConcreteSubject subject;
    ConcreteObserver observer1(&subject);
    ConcreteObserver observer2(&subject);

    subject.setState(10);
    subject.setState(20);

    return 0;
}