從C++編程入手設計模式——觀察者模式

? 觀察者模式簡直就是字如其名，觀察觀察，觀察到了告訴別人。觀察手的作用如此，觀察者模式的工作機制也是如此。這個模式的核心思路是：一個對象的狀態發生變化時，自動通知依賴它的其他對象，讓它們自行更新。

主要的組成部分

一是被觀察者，也叫主題（Subject），它負責記錄觀察者并在自身狀態發生變化時通知它們；換而言之，Subject作為信息的生成端，生成信息。

二是觀察者（Observer），它主動注冊到被觀察者中，等待被通知，一旦收到消息就立即采取行動。這里生成端會使用遠程的方式通知我們的被觀察者投送信息。

? 你可以把觀察者模式想象成“訂閱報紙”。報社就是主題，它維護一個訂閱者名單（觀察者列表）。每當有新一期的報紙（數據更新）出版時，它就向所有訂閱者投遞（通知）。每位訂閱者收到報紙后根據自己的需要決定怎么處理，是直接閱讀、剪報存檔還是轉發朋友。這種發布-訂閱機制就是觀察者模式的最基本形式。

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在 C++ 中怎么寫？

觀察者模式的代碼實現非常自然。我們會先定義一個抽象的觀察者接口（通常叫 Observer 或者 Sender），讓不同的具體觀察者實現它；再定義一個主題類（通常叫 Subject 或 Notifier），它包含一個觀察者列表，并負責注冊、移除和通知觀察者。每當主題內部數據變化（比如溫度、濕度更新），它就會遍歷觀察者列表，挨個調用它們的“更新方法”。觀察者模式的重點不在于通知的“數據內容”本身，而在于自動通知的機制。

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選擇觀察者模式？

在簡單的程序中，我們可能會直接調用某些對象來執行邏輯。但如果程序復雜起來，比如某個數據更新后要引發十幾種操作，硬編碼這些調用就會讓系統結構僵硬，維護困難。

觀察者模式將“變化的主體”和“依賴的反應者”解耦。被觀察者不用關心觀察者是誰，它只管發出通知。觀察者自己決定是否接收通知、如何響應。這讓系統的擴展性和靈活性大大提高。

比如天氣系統中新加一個“語音播報設備”，只要實現觀察者接口并注冊進去，其他部分代碼幾乎無需改動。

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觀察者模式的幾個關鍵詞

1. 低耦合：主題和觀察者之間不互相依賴，只通過接口通信。
2. 自動同步：當主題數據變化時，所有觀察者自動得到通知。
3. 一對多：一個主題可以對應多個觀察者。
4. 注冊/注銷機制：觀察者可以自由加入或離開通知流程。

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Example

? 可以直接看一個代碼框架來解決問題

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <string>
#include <algorithm>// 觀察者接口
class Observer {
public:virtual void update(const std::string& message) = 0;virtual ~Observer() = default;
};// 具體觀察者
class ConcreteObserver : public Observer {
private:std::string name;
public:explicit ConcreteObserver(std::string n) : name(std::move(n)) {}void update(const std::string& message) override {std::cout << "Observer [" << name << "] received: " << message << '\n';}
};// 主題接口
class Subject {
public:virtual void attach(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;virtual void detach(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;virtual void notify(const std::string& message) = 0;virtual ~Subject() = default;
};// 具體主題
class ConcreteSubject : public Subject {
private:std::vector<std::shared_ptr<Observer>> observers;
public:void attach(std::shared_ptr<Observer> observer) override {observers.push_back(std::move(observer));}void detach(std::shared_ptr<Observer> observer) override {observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());}void notify(const std::string& message) override {for (const auto& observer : observers) {observer->update(message);}}
};int main() {auto subject = std::make_shared<ConcreteSubject>();auto obs1 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer1");auto obs2 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer2");subject->attach(obs1);subject->attach(obs2);subject->notify("Event 1 occurred");subject->detach(obs1);subject->notify("Event 2 occurred");return 0;
}

? 你可以使用這樣的方式來作為事件驅動框架的一個根基。

練習題

天氣站系統

要求：設計一個天氣數據發布系統，天氣站（WeatherStation）是“主題”，可通知多個“觀察者”顯示設備（如手機、網頁等）。

功能要求：

1. 觀察者可以注冊/注銷。
2. 當溫度或濕度變化時，所有注冊觀察者會收到更新并打印數據。（注：這個部分筆者的參考代碼沒有實現，您自己酌情思考）

提示：

• 使用接口 IObserver 表示觀察者，定義如 update(float temperature, float humidity)；
• 主題接口 ISubject 需要支持 registerObserver()、removeObserver()、notifyObservers()；
• 可以實現兩個觀察者類 PhoneDisplay 和 WebDisplay。

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