新谈设计模式 Chapter 18 — 观察者模式 Observer

Chapter 18 — 观察者模式 Observer灵魂速记微信公众号——发了文章自动推送给所有关注者取关了就收不到。秒懂类比你关注了一个公众号。公众号发文章时不需要知道你是谁只需要把文章推给所有关注者。你想取关取关之后就不再收到推送了。发布者不需要知道订阅者的具体类型只需要知道有人订阅了要通知。问题引入// 灾难现场股票价格变了要通知一堆人classStock{voidsetPrice(doubleprice){price_price;// 硬编码通知emailService.send(价格变了: std::to_string(price));smsService.send(价格变了: std::to_string(price));dashboardUI.update(price);tradingBot.evaluate(price);// 每加一个关注者改这里……}};模式结构┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ Subject │────────→│ Observer │ │ (发布者) │ 通知 │ (订阅者) │ ├──────────────┤ 1:N ├──────────────┤ │subscribe() │ │update() │ │unsubscribe()│ └──────────────┘ │notify() │ └──────────────┘C 实现#includeiostream#includememory#includestring#includevector#includealgorithm#includefunctional// 观察者接口 classObserver{public:virtual~Observer()default;virtualvoidonUpdate(conststd::stringevent,doubledata)0;};// 发布者 classStock{public:explicitStock(std::string symbol,doubleprice):symbol_(std::move(symbol)),price_(price){}voidsubscribe(std::shared_ptrObserverobserver){observers_.push_back(observer);}voidunsubscribe(conststd::shared_ptrObserverobserver){observers_.erase(std::remove_if(observers_.begin(),observers_.end(),[](conststd::weak_ptrObserverwp){autospwp.lock();return!sp||spobserver;}),observers_.end());}voidsetPrice(doubleprice){doubleoldPriceprice_;price_price;doublechange((price_-oldPrice)/oldPrice)*100;std::cout symbol_: ¥oldPrice → ¥price_ ((change0?:)change%)\n;notify();}conststd::stringsymbol()const{returnsymbol_;}doubleprice()const{returnprice_;}private:voidnotify(){// 清理已失效的弱引用 通知存活的观察者for(autoitobservers_.begin();it!observers_.end();){if(autospit-lock()){sp-onUpdate(symbol_,price_);it;}else{itobservers_.erase(it);// 观察者已销毁清理}}}std::string symbol_;doubleprice_;std::vectorstd::weak_ptrObserverobservers_;// 用 weak_ptr 而不是 shared_ptr// - shared_ptr 会让 Stock 持有观察者的所有权导致观察者无法被销毁循环引用风险// - weak_ptr 不影响观察者的生命周期观察者该销毁就销毁// - 通知时调 lock() 转成 shared_ptr如果失败说明观察者已死清理掉即可};// 具体观察者 classPriceDisplay:publicObserver{public:explicitPriceDisplay(std::string name):name_(std::move(name)){}voidonUpdate(conststd::stringsymbol,doubleprice)override{std::cout ️ name_: symbol 最新价 ¥price\n;}private:std::string name_;};classTradingBot:publicObserver{public:TradingBot(doublebuyBelow,doublesellAbove):buyBelow_(buyBelow),sellAbove_(sellAbove){}voidonUpdate(conststd::stringsymbol,doubleprice)override{if(pricebuyBelow_){std::cout 交易机器人: symbol 低于 ¥buyBelow_买入\n;}elseif(pricesellAbove_){std::cout 交易机器人: symbol 高于 ¥sellAbove_卖出\n;}else{std::cout 交易机器人: symbol 在区间内持有\n;}}private:doublebuyBelow_,sellAbove_;};intmain(){Stockapple(AAPL,150.0);autodisplaystd::make_sharedPriceDisplay(主屏幕);autobotstd::make_sharedTradingBot(140.0,160.0);apple.subscribe(display);apple.subscribe(bot);std::cout 价格上涨 \n;apple.setPrice(155.0);std::cout\n 价格暴涨 \n;apple.setPrice(165.0);std::cout\n 主屏幕取消订阅 \n;apple.unsubscribe(display);apple.setPrice(135.0);}输出 价格上涨 AAPL: ¥150 → ¥155 (3.33333%) ️ 主屏幕: AAPL 最新价 ¥155 交易机器人: AAPL 在区间内持有 价格暴涨 AAPL: ¥155 → ¥165 (6.45161%) ️ 主屏幕: AAPL 最新价 ¥165 交易机器人: AAPL 高于 ¥160卖出 主屏幕取消订阅 AAPL: ¥165 → ¥135 (-18.1818%) 交易机器人: AAPL 低于 ¥140买入关键设计决策用weak_ptr避免循环引用// ❌ 用 shared_ptr 存观察者 → 观察者永远不会被销毁std::vectorstd::shared_ptrObserverobservers_;// ✅ 用 weak_ptr → 观察者该死就死不影响std::vectorstd::weak_ptrObserverobservers_;线程安全上面的实现不是线程安全的。如果多个线程同时调用setPrice()和subscribe()/unsubscribe()会产生数据竞争。多线程场景需要加锁保护observers_的访问#includemutexclassStock{// ...voidsubscribe(std::shared_ptrObserverobserver){std::lock_guardstd::mutexlock(mutex_);observers_.push_back(observer);}voidnotify(){std::vectorstd::weak_ptrObserversnapshot;{std::lock_guardstd::mutexlock(mutex_);snapshotobservers_;// 拷贝一份快照}// 用快照通知避免持锁期间回调导致死锁for(autowp:snapshot){if(autospwp.lock())sp-onUpdate(symbol_,price_);}}std::mutex mutex_;// ...};生产环境中推荐使用Boost.Signals2或 Qt 的Signal/Slot机制——它们已经处理好了线程安全、取消订阅、连接管理等所有细节。什么时候用✅ 适合❌ 别用一个对象变化要通知多个对象只有一对一的通知订阅者数量和类型动态变化订阅关系固定发布者不应该知道订阅者细节需要同步回调结果事件驱动系统、GUI、消息总线简单的函数调用就行防混淆Observer vs MediatorObserverMediator发布者知道订阅者不知道具体是谁中介知道所有同事方向单向广播双向协调耦合极松中介者可能变重类比公众号推送机场塔台指挥一句话分清Observer 是广播不问听众Mediator 是指挥认识所有人。Observer vs 事件/信号现代 C 中Observer 经常被 signal/slot 或事件系统替代// 用 std::function 实现轻量事件系统#includefunctional#includevectorclassEventEmitter{public:usingHandlerstd::functionvoid(double);voidon(Handler h){handlers_.push_back(std::move(h));}voidemit(doublevalue){for(autoh:handlers_)h(value);}private:std::vectorHandlerhandlers_;};// 用起来更简洁EventEmitter priceChanged;priceChanged.on([](doublep){std::cout价格: p\n;});priceChanged.on([](doublep){if(p100)std::cout贵了\n;});priceChanged.emit(120.0);