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C++ 设计模式:观察者模式(Observer Pattern)

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观察者模式(Observer Pattern)是一种行为设计模式,它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,它会通知所有观察者对象,使它们能够自动更新。

1.问题分析

在开发中,经常会遇到需要在一个对象状态变化时通知其他对象的情况。如果将通知逻辑直接嵌入到主题对象中,会导致代码耦合度高,难以维护和扩展。观察者模式通过将观察者对象和主题对象解耦,使得它们可以独立变化。

2.实现步骤

  1. 定义观察者接口:定义一个接口,包含更新方法。
  2. 定义主题接口:定义一个接口,包含注册、注销和通知观察者的方法。
  3. 实现具体主题类:具体主题类实现主题接口,并维护一个观察者列表。
  4. 实现具体观察者类:具体观察者类实现观察者接口,并在更新方法中实现具体的响应逻辑。

3.代码示例

以机器人电池电量作为示例:

3.1.观察者接口

// 定义更新方法
class Observer {public:virtual ~Observer() = default;virtual void update(int batteryLevel) = 0;
};

3.2. 主题接口

// 定义添加、删除和通知观察者的方法
class Subject {public:virtual ~Subject() = default;virtual void addObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;virtual void removeObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;virtual void notifyObservers() = 0;
};

3.3.具体主题类

// 实现主题接口
class Robot : public Subject {public:void addObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) override { observers.push_back(observer); }void removeObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) override {observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());}void notifyObservers() override {for (const auto& observer : observers) {observer->update(batteryLevel);}}void setBatteryLevel(int level) {batteryLevel = level;notifyObservers();}private:std::vector<std::shared_ptr<Observer>> observers;int batteryLevel = 100;
};

3.4.具体观察者类

// 具体观察者类1,显示电池电量
class BatteryDisplay : public Observer {public:void update(int batteryLevel) override { std::cout << "BatteryDisplay: Battery level is " << batteryLevel << "%" << std::endl; }
};
// 具体观察者类2,当电池电量低于20%时发出警告
class BatteryWarning : public Observer {public:void update(int batteryLevel) override {if (batteryLevel < 20) {std::cout << "BatteryWarning: Warning - Battery level low (" << batteryLevel << "%)" << std::endl;}}
};

3.5.调用算法

int main() {auto robot = std::make_shared<Robot>();auto batteryDisplay = std::make_shared<BatteryDisplay>();auto batteryWarning = std::make_shared<BatteryWarning>();robot->addObserver(batteryDisplay);robot->addObserver(batteryWarning);std::cout << "Setting battery level to 50%" << std::endl;robot->setBatteryLevel(50);std::cout << "\nSetting battery level to 15%" << std::endl;robot->setBatteryLevel(15);return 0;
}

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