设计模式之观察者模式（学习笔记）

定义

观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。这种模式用于实现对象之间的解耦，使得一个对象的变化可以通知并更新多个依赖对象，而无需直接引用它们。为什么使用观察者模式？

• 解耦
  
  
  
  • 观察者模式将观察者（Observer）和被观察者（Subject）解耦，两个对象之间的依赖关系被转化为依赖接口。
    
  
  
• 动态增加观察者
  
  
  
  • 观察者模式允许在运行时动态增加或删除观察者，灵活性更高。
    
  
  
• 维护简便
  
  
  
  • 当被观察者的状态发生变化时，所有依赖对象自动更新，无需手动管理这些依赖关系，简化了维护。
    
  
  

实现步骤

• 定义抽象主题类
  
  
  
  • 定义一个抽象主题类，声明添加、删除观察者的方法，以及通知所有观察者的方法。
    
  
  
• 实现具体主题类
  
  
  
  • 实现具体主题类，包含状态变化时的通知逻辑。
    
  
  
• 定义抽象观察者类
  
  
  
  • 定义一个抽象观察者类，声明更新方法，具体观察者实现这个方法来更新自身状态。
    
  
  
• 实现具体观察者类
  
  
  
  • 实现具体观察者类，实现更新方法，根据被观察者的变化更新自身状态。
    
  
  

优缺点和适用场景

优点

• 解耦
  
  
  
  • 观察者与被观察者之间的耦合度降低，代码更加模块化和易于维护。
    
  
  
• 灵活性
  
  
  
  • 可以动态地增加或删除观察者，灵活地响应需求变化。
    
  
  
• 自动更新
  
  
  
  • 被观察者状态变化时，所有观察者都会自动收到通知并更新状态，无需手动调用。
    
  
  

缺点

• 可能导致性能问题
  
  
  
  • 如果有大量观察者，通知所有观察者可能会导致性能开销。
    
  
  
• 调试困难
  
  
  
  • 观察者模式涉及多个对象之间的通知和更新，可能会导致调试变得复杂。
    
  
  

适用场景

• 事件处理系统
  
  
  
  • 例如 GUI 事件处理系统，当用户触发某个事件时，所有相关的处理函数都需要被通知。
    
  
  
• 模型-视图-控制器（MVC）架构
  
  
  
  • 模型（Model）作为被观察者，视图（View）作为观察者，当模型的数据发生变化时，视图会自动更新显示。
    
  
  
• 订阅-发布系统
  
  
  
  • 允许对象订阅事件并在事件发生时接收通知，实现松耦合的事件处理机制。
    
  
  

例子：股票市场

假设我们有一个股票市场系统，当某只股票的价格变化时，所有关注这只股票的投资者都会收到通知。我们可以使用观察者模式来实现这一功能。

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. #include <memory>
5. /*
6. 在这个例子中，当股票价格发生变化时，所有的投资者都会收到通知并更新他们的状态。观察者模式使得我们可以轻松地添加或删除投资者，而不需要修改股票类的代码，从而实现了解耦和灵活性。
7. */
9. // 抽象观察者类：投资者
10. class Investor {
11. public:
12.     virtual ~Investor() {}
13.     virtual void update(double price) = 0;
14. };
17. // 具体观察者类：具体投资者
18. class ConcreteInvestor : public Investor {
19. private:
20.     std::string name;
21. public:
22.     ConcreteInvestor(const std::string& name) : name(name) {}
23.     void update(double price) override {
24.         std::cout << "Investor " << name << " is notified. New stock price: " << price << std::endl;
25.     }
26. };
29. // 抽象主题类：股票
30. class Stock {
31. public:
32.     virtual ~Stock() {}
33.     virtual void addObserver(std::shared_ptr<Investor> investor) = 0;
34.     virtual void removeObserver(std::shared_ptr<Investor> investor) = 0;
35.     virtual void notifyObservers() = 0;
36. };
39. // 具体主题类：具体股票
40. class ConcreteStock : public Stock {
41. private:
42.     std::vector<std::shared_ptr<Investor>> investors;
43.     double price;
44. public:
45.     void addObserver(std::shared_ptr<Investor> investor) override {
46.         investors.push_back(investor);
47.     }
48.     void removeObserver(std::shared_ptr<Investor> investor) override {
49.         investors.erase(std::remove(investors.begin(), investors.end(), investor), investors.end());
50.     }
51.     void notifyObservers() override {
52.         for (const auto& investor : investors) {
53.             investor->update(price);
54.         }
55.     }
56.     void setPrice(double newPrice) {
57.         price = newPrice;
58.         notifyObservers();
59.     }
60. };
63. int main() {
64.     // 创建具体股票
65.     std::shared_ptr<ConcreteStock> stock = std::make_shared<ConcreteStock>();
68.     // 创建具体投资者
69.     std::shared_ptr<Investor> investor1 = std::make_shared<ConcreteInvestor>("Alice");
70.     std::shared_ptr<Investor> investor2 = std::make_shared<ConcreteInvestor>("Bob");
73.     // 添加投资者到股票的观察者列表中
74.     stock->addObserver(investor1);
75.     stock->addObserver(investor2);
78.     // 修改股票价格
79.     stock->setPrice(100.0);
80.     stock->setPrice(105.0);
83.     return 0;
84. }

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