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;
}