从今天起, 开始学习行为型设计模式. 我们常把23种经典的设计模式分为三类: 创建型、结构型、行为型. 创建型设计模式主要解决“对象的创建”问题. 结构型设计模式主要解决“类或对象的组合或组装”问题, 行为型设计模式主要解决的就是“类或对象之间的交互”问题. ## 介绍 观察者模式(Observer Pattern),它定义对象之间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新. 其工作原理如下: 1. 主题将所有观察它的对象保存在一个集合中。 ``` std::shared_ptr weather = std::make_shared(); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->setMeasurements(18, 20, Weather::CLOUDY, {23,24,24,24,23,21}); weather->setMeasurements(35, 40, Weather::SUNNY, {35,55,40,35,32,30}); ``` 1. 当主题状态发生改变时,会遍历所有观察者,调用它们的更新方法。 2. 观察者收到通知后会执行相应的更新逻辑。 观察者模式可以实现对象之间的松耦合,当主题状态发生改变时,可以通知多个观察者对象,而无需每个观察者都了解主题的具体实现. 适用于需要维护对象之间一致性的系统. 根据应用场景的不同,观察者模式会对应不同的代码实现方式: 有同步阻塞的实现方式, 也有异步非阻塞的实现方式; 有进程内的实现方式, 也有跨进程的实现方式. ## 定义 这里用一个简单的天气预报系统来说明观察者模式: 假设有一个天气预报站,它可以实时监测城市的温度、湿度、气压等数据。 然后有以下几类观察者: 1. 手机软件:需要实时显示当前天气数据,以及未来24小时预测。 2. 电视新闻:需要定期擦拭最新的温度和空气质量,报道天气概况。 3. 房屋智能控制系统:根据温湿度调整空调、加湿器等家电。 4. 衣柜智能推荐系统:根据天气选择推荐的服装。 这样当天气预报站的数据更新时,就会实时通知所有的观察者,各观察者接收到更新后,做出各自的响应: 1. 手机软件实时更新显示信息。 2. 新闻在下一个时段报道最新天气。 3. 智能控制系统调整家电参数。 4. 智能衣柜修改推荐列表。 天气预报 ```cpp enum Weather { SUNNY, CLOUDY, RAINY, SNOWY, }; // 天气预报基类 class WeatherAbstract { public: virtual void measurementsChanged() = 0; virtual int GetTemperature() = 0; virtual int GetHumidity() = 0; virtual Weather GetWeather() = 0; virtual std::vector GetPreWeather() = 0; virtual void RegisterObserver(std::shared_ptr observer) = 0; }; // 天气类实现 class WeatherConcrete : public WeatherAbstract { public: WeatherConcrete() = default; virtual ~WeatherConcrete() = default; int GetTemperature() override { return temperature_; } int GetHumidity() override { return humidity_; } Weather GetWeather() override { return weather_; } std::vector GetPreWeather() override { return pre_weather_; } void RegisterObserver(std::shared_ptr observer) override { observers_.push_back(observer); } void setMeasurements(int temperature, int humidity, Weather weather, std::vector pre_weather) { temperature_ = temperature; humidity_ = humidity; weather_ = weather; pre_weather_ = pre_weather; measurementsChanged(); } void measurementsChanged() override { notifyObservers(); } private: void notifyObservers() { for (auto &observer : observers_) { observer->update(this); } } // 温度 int temperature_; // 天气预测 std::vector pre_weather_; // 湿度 int humidity_; // 天气 Weather weather_; // 观察者 std::vector> observers_; }; ``` 观察者 ```cpp //观察者基类 class Observer { public: virtual ~Observer() = default; virtual void update(WeatherAbstract *weather) = 0; }; // 手机 class Smartphone : public Observer { public: Smartphone() = default; virtual ~Smartphone() = default; void update(WeatherAbstract *weather) override { std::cout << "Smartphone: 当前温度" << weather->GetTemperature() << "℃ " << std::endl; std::string pre_we; for (auto &pre_weather : weather->GetPreWeather()) { pre_we += std::to_string(pre_weather) + "℃ "; } std::cout << " 未来天气预测" << pre_we << std::endl; } }; //电视 class TV : public Observer { public: TV() = default; virtual ~TV() = default; void update(WeatherAbstract *weather) override { std::cout << "TV: 当前温度" << weather->GetTemperature() << "℃ " << std::endl; std::cout << " 当前湿度" << weather->GetHumidity() << "% " << std::endl; } }; //房屋智能 class SmartHouse : public Observer { public: SmartHouse() = default; virtual ~SmartHouse() = default; void update(WeatherAbstract *weather) override { if (weather->GetTemperature() < 22) { std::cout << "SmartHouse: 当前温度" << weather->GetTemperature() << "℃ , 提高空调温度 10%" << std::endl; } else if(weather->GetTemperature() > 30){ std::cout << "SmartHouse: 当前温度" << weather->GetTemperature() << "℃ , 降低空调温度 10%" << std::endl; } if (weather->GetHumidity() < 20) { std::cout << " 当前湿度" << weather->GetHumidity() << "% , 打开加湿器" << std::endl; } else if(weather->GetHumidity() > 30){ std::cout << " 当前湿度" << weather->GetHumidity() << "% , 关闭加湿器" << std::endl; } } }; //智能衣柜 class SmartDresser : public Observer { public: SmartDresser() = default; virtual ~SmartDresser() = default; void update(WeatherAbstract *weather) override { switch(weather->GetWeather()) { case Weather::CLOUDY: std::cout << "SmartDresser: 当前天气阴天，建议带外套" << std::endl; break; case Weather::SUNNY: std::cout << "SmartDresser: 当前天气晴朗，建议穿短袖" << std::endl; break; case Weather::RAINY: std::cout << "SmartDresser: 当前天气下雨，建议穿雨伞" << std::endl; break; case Weather::SNOWY: std::cout << "SmartDresser: 当前天气下雪，建议穿棉衣" << std::endl; break; } } }; ``` ## 调用 ```cpp std::shared_ptr weather = std::make_shared(); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->RegisterObserver(std::make_shared()); weather->setMeasurements(18, 20, Weather::CLOUDY, {23,24,24,24,23,21}); weather->setMeasurements(35, 40, Weather::SUNNY, {35,55,40,35,32,30}); ``` ## 效果 ```cpp ./bin/design/observer Smartphone: 当前温度18℃ 未来天气预测23℃ 24℃ 24℃ 24℃ 23℃ 21℃ SmartHouse: 当前温度18℃ , 提高空调温度 10% SmartDresser: 当前天气阴天，建议带外套 TV: 当前温度18℃ 当前湿度20% Smartphone: 当前温度35℃ 未来天气预测35℃ 55℃ 40℃ 35℃ 32℃ 30℃ SmartHouse: 当前温度35℃ , 降低空调温度 10% 当前湿度40% , 关闭加湿器 SmartDresser: 当前天气晴朗，建议穿短袖 TV: 当前温度35℃ 当前湿度40% ``` ## 回顾 设计模式要干的事情就是解耦 创建型模式是将创建和使用代码解耦 结构型模式是将不同功能代码解耦 行为型模式是将不同的行为代码解耦 具体到观察者模式, 它将观察者和被观察者代码解耦。 观察者模式的应用场景非常广泛, 小到代码层面的解耦, 大到架构层面的系统解耦, 再或者一些产品的设计思路, 都有这种模式的影子, 比如, 邮件订阅, RSS Feeds, 本质上都是观察者模式, 不同的应用场景和需求下, 这个模式也有截然不同的实现方式, 有同步阻塞的实现方式, 也有异步非阻塞的实现方式; 有进程内的实现方式, 也有跨进程的实现方式.