设计模式(C++)详解——观察者模式（Observer）(2)

🌟 观察者模式大冒险：一场代码世界的订阅狂欢！🌟

想象一下，你是一个网红博主，每次发布新视频，你的百万粉丝都会立即收到通知！这就是观察者模式的魔力！

🎭 第一章：缘起 - 一个网红博主的烦恼

从前，有个叫"代码侠"的博主，他每次发布新视频都要手动通知每个粉丝：

// 糟糕的旧时代
void 发布视频() {制作视频();打电话通知(粉丝1);  // 😫 累死了！打电话通知(粉丝2);发邮件通知(粉丝3);// ... 还有99997个粉丝要通知
}

"代码侠"累得筋疲力尽，直到他遇到了观察者模式这个魔法！

🎯 核心概念：订阅的魔力

// 新时代的智慧
void 发布视频() {制作视频();一键通知所有粉丝();  // 🎉 太轻松了！
}

观察者模式的四大天王：

角色	现实比喻	职责
Subject（主题）	网红博主	维护粉丝列表，发布内容
Observer（观察者）	粉丝	接收更新通知
ConcreteSubject	"代码侠"频道	具体的发布者
ConcreteObserver	铁杆粉丝	具体的订阅者

🏰 第二章：魔法城堡 - 观察者模式的C++实现

🧙‍♂️ 魔法咒语：基础接口

/*** 🎭 粉丝接口（观察者）* * 每个粉丝都必须实现"收到通知"这个方法* 当博主发布新内容时，所有粉丝都会自动收到通知！*/
class 粉丝 {
public:virtual ~粉丝() = default;/*** @brief 收到新内容通知* * 就像手机弹出推送通知一样！* * @param 博主 谁发布的内容* @param 内容 发布的具体内容*/virtual void 收到通知(const std::string& 博主, const std::string& 内容) = 0;/*** @brief 粉丝名字*/virtual std::string 名字() const = 0;
};/*** 🎬 博主接口（主题）* * 博主需要管理粉丝列表，支持粉丝关注和取关*/
class 博主 {
public:virtual ~博主() = default;/*** @brief 新增粉丝（关注）* * @param 新粉丝 想要关注的新粉丝*/virtual void 新增粉丝(std::shared_ptr<粉丝> 新粉丝) = 0;/*** @brief 移除粉丝（取关）* * @param 旧粉丝 想要取关的粉丝*/virtual void 移除粉丝(std::shared_ptr<粉丝> 旧粉丝) = 0;/*** @brief 发布新内容* * 像魔法一样，自动通知所有粉丝！* * @param 内容 要发布的内容*/virtual void 发布内容(const std::string& 内容) = 0;
};

🏰 具体实现：网红博主的日常

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>/*** 🎬 具体博主：代码侠频道* * 我们的网红博主，拥有百万粉丝！* 使用weak_ptr管理粉丝，避免循环引用导致的内存泄漏*/
class 代码侠频道 : public 博主 {
private:std::string 频道名字_;std::vector<std::weak_ptr<粉丝>> 粉丝列表_;  // 🎯 关键技巧！public:/*** @brief 构造函数* * @param 名字 频道名称*/代码侠频道(const std::string& 名字) : 频道名字_(名字) {std::cout << "🎉 新频道诞生：《" << 名字 << "》上线啦！" << std::endl;}void 新增粉丝(std::shared_ptr<粉丝> 新粉丝) override {// 检查是否已经关注auto 是否存在 = std::find_if(粉丝列表_.begin(), 粉丝列表_.end(),[&新粉丝](const std::weak_ptr<粉丝>& 弱粉丝) {return !弱粉丝.expired() && 弱粉丝.lock() == 新粉丝;});if (是否存在 == 粉丝列表_.end()) {粉丝列表_.emplace_back(新粉丝);std::cout << "👏 《" << 新粉丝->名字() << "》关注了《" << 频道名字_ << "》！粉丝数：" << 粉丝数量() << std::endl;}}void 移除粉丝(std::shared_ptr<粉丝> 旧粉丝) override {auto 原来大小 = 粉丝列表_.size();粉丝列表_.erase(std::remove_if(粉丝列表_.begin(), 粉丝列表_.end(),[&旧粉丝](const std::weak_ptr<粉丝>& 弱粉丝) {return 弱粉丝.expired() || 弱粉丝.lock() == 旧粉丝;}),粉丝列表_.end());if (粉丝列表_.size() < 原来大小) {std::cout << "😢 《" << 旧粉丝->名字() << "》取关了《" << 频道名字_ << "》！粉丝数：" << 粉丝数量() << std::endl;}}void 发布内容(const std::string& 内容) override {std::cout << "\n🚀【" << 频道名字_ << "】发布新内容：" << 内容 << std::endl;// 🧹 先清理失效的粉丝（比如注销账号的）清理失效粉丝();// 📢 然后通知所有有效粉丝int 通知数量 = 0;for (auto& 弱粉丝 : 粉丝列表_) {if (auto 粉丝指针 = 弱粉丝.lock()) {粉丝指针->收到通知(频道名字_, 内容);通知数量++;}}std::cout << "✅ 成功通知 " << 通知数量 << " 位粉丝！" << std::endl;}/*** @brief 获取当前粉丝数量*/size_t 粉丝数量() const {return std::count_if(粉丝列表_.begin(), 粉丝列表_.end(),[](const std::weak_ptr<粉丝>& 弱粉丝) {return !弱粉丝.expired();});}private:/*** @brief 清理失效粉丝* * 就像定期清理不活跃用户一样*/void 清理失效粉丝() {auto 原来数量 = 粉丝列表_.size();粉丝列表_.erase(std::remove_if(粉丝列表_.begin(), 粉丝列表_.end(),[](const std::weak_ptr<粉丝>& 弱粉丝) {return 弱粉丝.expired();}),粉丝列表_.end());if (粉丝列表_.size() < 原来数量) {std::cout << "🧹 清理了 " << (原来数量 - 粉丝列表_.size()) << " 个失效粉丝" << std::endl;}}
};/*** 🎯 具体粉丝类型：普通粉丝* * 普通的视频观众，收到通知会很开心！*/
class 普通粉丝 : public 粉丝, public std::enable_shared_from_this<普通粉丝> {
private:std::string 粉丝名字_;int 开心程度_;  // 🎭 粉丝的情绪状态public:普通粉丝(const std::string& 名字) : 粉丝名字_(名字), 开心程度_(50) {}void 收到通知(const std::string& 博主, const std::string& 内容) override {开心程度_ += 10;  // 收到通知更开心了！std::cout << "   💌 " << 粉丝名字_ << " 收到《" << 博主 << "》的推送：" << 内容 << std::endl;std::cout << "     😊 开心程度：" << 开心程度_ << "/100" << std::endl;// 随机决定是否点赞评论if (开心程度_ > 70) {std::cout << "     👍 忍不住点了个赞！" << std::endl;}}std::string 名字() const override {return 粉丝名字_;}/*** @brief 获取当前开心程度*/int 获取开心程度() const { return 开心程度_; }
};/*** 🦸 具体粉丝类型：超级粉丝* * 铁杆粉丝，每次都会点赞、评论、转发三连！*/
class 超级粉丝 : public 粉丝, public std::enable_shared_from_this<超级粉丝> {
private:std::string 粉丝名字_;int 三连次数_;public:超级粉丝(const std::string& 名字) : 粉丝名字_(名字), 三连次数_(0) {}void 收到通知(const std::string& 博主, const std::string& 内容) override {std::cout << "   🎯 " << 粉丝名字_ << " 收到偶像《" << 博主 << "》的推送！" << std::endl;// 自动三连！std::cout << "     🔥 立即点赞、评论、转发三连！" << std::endl;三连次数_++;if (三连次数_ % 5 == 0) {std::cout << "     🏆 达成 " << 三连次数_ << " 次三连成就！" << std::endl;}}std::string 名字() const override {return 粉丝名字_ + "（超级粉丝）";}
};

🎪 魔法演示：博主的精彩日常

/*** 🎪 主函数：网红博主的精彩日常* * 让我们看看观察者模式如何让内容发布变得如此轻松！*/
int main() {std::cout << "🌈 ===================================" << std::endl;std::cout << "🌟   观察者模式大冒险：网红博主篇   🌟" << std::endl;std::cout << "🌈 ===================================" << std::endl;// 🎬 创建我们的网红博主auto 代码侠 = std::make_shared<代码侠频道>("代码侠的编程乐园");std::cout << "\n🎯 第一阶段：粉丝集结！" << std::endl;// 👥 创建各种粉丝auto 小明 = std::make_shared<普通粉丝>("小明");auto 小红 = std::make_shared<普通粉丝>("小红"); auto 铁杆张 = std::make_shared<超级粉丝>("张大哥");auto 技术李 = std::make_shared<超级粉丝>("李大师");// ➕ 粉丝关注博主代码侠->新增粉丝(小明);代码侠->新增粉丝(小红);代码侠->新增粉丝(铁杆张);代码侠->新增粉丝(技术李);std::cout << "\n📊 当前粉丝统计：" << 代码侠->粉丝数量() << " 人" << std::endl;std::cout << "\n🎬 第二阶段：内容发布狂欢！" << std::endl;// 🚀 博主发布内容，自动通知所有粉丝！代码侠->发布内容("C++设计模式入门教程");代码侠->发布内容("观察者模式的实战应用");代码侠->发布内容("智能指针的深度解析");std::cout << "\n🔄 第三阶段：粉丝动态变化" << std::endl;// 小红取关了 😢代码侠->移除粉丝(小红);// 新粉丝加入 🎉auto 新粉丝 = std::make_shared<普通粉丝>("新手小王");代码侠->新增粉丝(新粉丝);std::cout << "\n📊 更新后粉丝统计：" << 代码侠->粉丝数量() << " 人" << std::endl;// 继续发布内容代码侠->发布内容("现代C++新特性介绍");std::cout << "\n🧪 第四阶段：智能指针魔法测试" << std::endl;{// 临时粉丝，测试生命周期管理auto 临时粉丝 = std::make_shared<普通粉丝>("临时观众");代码侠->新增粉丝(临时粉丝);std::cout << "📈 临时粉丝加入后：" << 代码侠->粉丝数量() << " 人" << std::endl;// 临时粉丝离开作用域，自动销毁}// 🎯 这里不会崩溃！weak_ptr自动处理了失效粉丝代码侠->发布内容("高级主题：元编程入门");std::cout << "📉 临时粉丝离开后：" << 代码侠->粉丝数量() << " 人" << std::endl;std::cout << "\n🎊 ===================================" << std::endl;std::cout << "🎉        演示圆满结束！           🎉" << std::endl;std::cout << "🎊 ===================================" << std::endl;return 0;
}

运行结果预览：

🌈 ===================================
🌟   观察者模式大冒险：网红博主篇   🌟  
🌈 ===================================🎯 第一阶段：粉丝集结！
🎉 新频道诞生：《代码侠的编程乐园》上线啦！
👏 《小明》关注了《代码侠的编程乐园》！粉丝数：1
👏 《小红》关注了《代码侠的编程乐园》！粉丝数：2
👏 《张大哥（超级粉丝）》关注了《代码侠的编程乐园》！粉丝数：3
👏 《李大师（超级粉丝）》关注了《代码侠的编程乐园》！粉丝数：4🎬 第二阶段：内容发布狂欢！🚀【代码侠的编程乐园】发布新内容：C++设计模式入门教程💌 小明 收到《代码侠的编程乐园》的推送：C++设计模式入门教程😊 开心程度：60/100💌 小红 收到《代码侠的编程乐园》的推送：C++设计模式入门教程  😊 开心程度：60/100🎯 张大哥（超级粉丝） 收到偶像《代码侠的编程乐园》的推送！🔥 立即点赞、评论、转发三连！🎯 李大师（超级粉丝） 收到偶像《代码侠的编程乐园》的推送！🔥 立即点赞、评论、转发三连！
✅ 成功通知 4 位粉丝！

🗺️ 第三章：冒险地图 - 观察者模式的多种应用

🏦 场景一：股票市场监控系统

想象你是个股民，同时监控多支股票：

/*** 📈 股民观察者* * 就像手机上的股票APP，股价变动立即推送！*/
class 股民 : public 粉丝 {
private:std::string 名字_;double 买入阈值_;double 卖出阈值_;public:股民(const std::string& 名字, double 买入价, double 卖出价): 名字_(名字), 买入阈值_(买入价), 卖出阈值_(卖出价) {}void 收到通知(const std::string& 股票, const std::string& 价格文本) override {double 价格 = std::stod(价格文本);std::cout << "📱 " << 名字_ << " 收到 " << 股票 << " 价格警报：" << 价格 << "元" << std::endl;if (价格 <= 买入阈值_) {std::cout << "   💰 机会！低于买入价，果断加仓！" << std::endl;} else if (价格 >= 卖出阈值_) {std::cout << "   💸 警惕！高于卖出价，考虑减仓！" << std::endl;} else {std::cout << "   ⏳ 价格在区间内，继续观望..." << std::endl;}}std::string 名字() const override { return 名字_ + "(股民)"; }
};

🎮 场景二：游戏成就系统

想象你在玩游戏，自动解锁各种成就：

/*** 🏆 成就系统观察者* * 像游戏里的成就系统，自动检测玩家行为并解锁成就！*/
class 成就系统 : public 粉丝 {
private:std::vector<std::string> 已解锁成就_;public:void 收到通知(const std::string& 事件类型, const std::string& 事件内容) override {std::cout << "🎮 成就系统检测到事件：" << 事件类型 << " - " << 事件内容 << std::endl;if (事件类型 == "首次登录" && !成就已解锁("欢迎来到游戏")) {解锁成就("欢迎来到游戏");} else if (事件类型 == "击败Boss" && !成就已解锁("Boss杀手")) {解锁成就("Boss杀手");} else if (事件类型 == "收集完成" && !成就已解锁("收藏家")) {解锁成就("收藏家");}}std::string 名字() const override { return "成就系统"; }private:void 解锁成就(const std::string& 成就名) {已解锁成就_.push_back(成就名);std::cout << "   🏆 成就解锁：《" << 成就名 << "》！" << std::endl;}bool 成就已解锁(const std::string& 成就名) {return std::find(已解锁成就_.begin(), 已解锁成就_.end(), 成就名) != 已解锁成就_.end();}
};

🛠️ 第四章：魔法工具 - 完整的项目配置

📦 Makefile：构建我们的魔法世界

# 🎯 编译器配置
CXX := g++
CXX_STD := c++17# 🚀 编译选项
CXXFLAGS := -std=$(CXX_STD) -Wall -Wextra -Wpedantic -O2
DEBUG_FLAGS := -g -DDEBUG -O0
RELEASE_FLAGS := -DNDEBUG -O3# 🎪 目标文件
TARGETS := 网红博主演示 股票监控演示 游戏成就演示# 🏗️ 默认构建所有目标
all: $(TARGETS)# 🎬 网红博主演示
网红博主演示: 观察者模式_博主示例.cpp$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<# 📈 股票监控演示  
股票监控演示: 观察者模式_股票示例.cpp$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<# 🎮 游戏成就演示
游戏成就演示: 观察者模式_游戏示例.cpp$(CXX) $(CXXFLAGS) $(RELEASE_FLAGS) -o $@ $<# 🐛 调试版本
debug: CXXFLAGS += $(DEBUG_FLAGS)
debug: $(TARGETS)# 🧹 清理构建文件
clean:rm -f $(TARGETS) *.o# 📥 安装依赖
install-deps:sudo apt-get updatesudo apt-get install -y g++ build-essential# 🧪 运行所有测试
test: all@echo "🎬 运行网红博主演示..."@./网红博主演示@echo@echo "📈 运行股票监控演示..."@./股票监控演示  @echo@echo "🎮 运行游戏成就演示..."@./游戏成就演示.PHONY: all clean debug install-deps test

🎯 操作指南：启动我们的冒险！

编译命令：

# 安装魔法工具
make install-deps# 构建所有演示
make# 或者直接运行测试
make test

运行示例：

# 运行网红博主演示
./网红博主演示# 运行结果类似：
# 🌈 ===================================
# 🌟   观察者模式大冒险：网红博主篇   🌟
# 🌈 ===================================
# 🎯 第一阶段：粉丝集结！
# 🎉 新频道诞生：《代码侠的编程乐园》上线啦！
# 👏 《小明》关注了《代码侠的编程乐园》！粉丝数：1
# ... (精彩继续)

🎓 第五章：智慧总结 - 观察者模式的精髓

🏆 设计模式的胜利

通过这场冒险，我们学到了：

🎯 观察者模式的核心优势：

• 自动通知：像魔法一样，主题变化自动通知所有观察者
• 松耦合：博主不知道粉丝的具体类型，只知道他们能收通知
• 动态管理：运行时可以随意添加、删除观察者
• 安全可靠：使用weak_ptr避免内存泄漏和悬空指针

🛡️ 生命周期管理的智慧：

// ❌ 危险做法：原始指针
std::vector<粉丝*> 粉丝列表_;  // 粉丝销毁后会导致崩溃！// ✅ 安全做法：weak_ptr  
std::vector<std::weak_ptr<粉丝>> 粉丝列表_;  // 自动处理失效粉丝

🚀 实际应用场景：

• 📱 APP推送通知系统
• 📈 金融市场价格监控
• 🎮 游戏事件处理系统
• 🔧 配置热更新系统
• 🌐 微服务消息总线

🎭 故事寓意

观察者模式就像现实世界中的订阅机制：

• 博主发布内容 → 主题状态改变
• 粉丝接收通知 → 观察者更新
• 关注/取关 → 动态注册/注销

这种"发布-订阅"的思维，让我们的代码世界变得更加智能和灵活！

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🎊 冒险家，恭喜你！ 你已经掌握了观察者模式的精髓。现在就去用这个魔法，构建更加智能、灵活的软件系统吧！记住：好的设计模式，让代码世界变得更加美好！✨