观察者模式（Observer Pattern）在C++中的讲解
作用
观察者模式是一种行为设计模式，能够定义一种一对多的依赖关系。当一个对象的状态发生改变时，会自动通知依赖于它的其它对象，并自动更新（使观察者保持同步）。它是一种松耦合的设计方式，发布者（Subject）和订阅者（Observers）之间不直接依赖彼此的实现。
观察者模式在需要事件驱动的系统中广泛应用，比如 UI 系统、事件通知、日志系统、定制化消息广播等。
结构（关键组件与角色）
观察者模式的结构一般分为以下几个主要角色：
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Subject（被观察者/主题）
被观察的对象，提供管理观察者的方法（添加、删除），并负责在自己的状态发生变化时通知所有观察者。
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Observer（观察者）
观察对象的接口，定义具体观察者收到通知时的操作行为。
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ConcreteSubject（具体主题）
被观察者的具体实现类，继承并实现了 Subject 接口，维护其自身状态并通知观察者。
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ConcreteObserver（具体观察者）
具体实现 Observer 接口的类，响应 ConcreteSubject 发出的通知。
常见使用场景
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GUI系统中的事件处理
当用户操作（如点击按钮、输入文本）时，需要通知多个组件以更新其状态。
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订阅-发布系统
比如使用者订阅特定话题，当消息发布时所有订阅者都收到通知。
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MVC 模式
在模型（Model）和视图（View）之间，用观察者模式保持视图数据和模型同步。
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游戏引擎中的事件系统
游戏角色的血量变化通知 UI 界面更新。
优点
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松耦合
观察者和主题之间耦合性较低，便于扩展和复用。
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灵活性
可以动态添加、移除观察者，动态调整系统的行为。
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多目标同步
一个主题可以同步通知多个观察者。
缺点
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性能问题
如果有大量观察者且频繁通知，可能带来性能开销（CPU 消耗较大）。
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调试复杂性
当有多个观察者被调用时，可能会引入难以调试的问题，特别是在观察者链条较长或有循环依赖的情况下。
C++ 实现代码示例
以下我们通过一个股票市场通知系统来展示观察者模式的实现。在这个系统中，StockMarket 是被观察对象，当股价变化时，会通知所有的投资者（观察者）。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
// 观察者抽象接口
class Observer {
public:
virtual void update(float price) = 0; // 定义接收通知的方法
virtual ~Observer() {}
};
// 被观察者抽象类
class Subject {
public:
virtual void attach(Observer* observer) = 0; // 添加观察者
virtual void detach(Observer* observer) = 0; // 移除观察者
virtual void notify() = 0; // 通知所有观察者
virtual ~Subject() {}
};
// 具体被观察对象（股票市场）
class StockMarket : public Subject {
private:
vector<Observer*> observers; // 存储观察者集合
float stockPrice; // 股票价格
public:
void setPrice(float price) {
stockPrice = price;
notify(); // 通知所有观察者价格已更新
}
float getPrice() const {
return stockPrice;
}
// 添加观察者到列表
void attach(Observer* observer) override {
observers.push_back(observer);
}
// 从列表中移除观察者
void detach(Observer* observer) override {
observers.erase(remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());
}
// 通知所有观察者
void notify() override {
for (Observer* observer : observers) {
observer->update(stockPrice);
}
}
};
// 具体观察者（投资者）
class Investor : public Observer {
private:
string name;
public:
Investor(string name) : name(name) {}
// 实现更新通知
void update(float price) override {
cout << "Investor " << name << " is notified: New stock price = " << price << endl;
}
};
int main() {
// 创建被观察者（股票市场）
StockMarket market;
// 创建观察者（投资者）
Investor investor1("Alice");
Investor investor2("Bob");
Investor investor3("Charlie");
// 注册观察者
market.attach(&investor1);
market.attach(&investor2);
market.attach(&investor3);
// 修改股票价格，并观察通知机制
market.setPrice(100.5f);
cout << "---" << endl;
market.setPrice(120.75f);
cout << "---" << endl;
// 移除某个观察者并再次通知
market.detach(&investor2);
market.setPrice(140.0f);
return 0;
}
程序输出
Investor Alice is notified: New stock price = 100.5
Investor Bob is notified: New stock price = 100.5
Investor Charlie is notified: New stock price = 100.5
---
Investor Alice is notified: New stock price = 120.75
Investor Bob is notified: New stock price = 120.75
Investor Charlie is notified: New stock price = 120.75
---
Investor Alice is notified: New stock price = 140
Investor Charlie is notified: New stock price = 140
代码说明
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核心逻辑
StockMarket 是被观察者（Subject），它维护了一个观察者的列表，当股价变化时调用 notify() 来通知所有注册的观察者。
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动态绑定
观察者通过抽象类 Observer 实现，体现了多态机制，不同的观察者可以实现特定的通知处理逻辑。
-
动态管理观察者
可以通过 attach() 和 detach() 在运行时增加或移除观察者。
观察者模式的实现简单且强大，特别适合需要扩展性强的通知系统。但也要慎用，否则会因过度通知、链式依赖等导致系统复杂性提升。
