C++与操作系统等面试题94

### C++中的观察者模式详解 #### 一、观察者模式定义 观察者模式是一种行为设计模式，它定义了一对多的依赖关系，允许多个观察者对象同时监听一个主题对象。当主题对象的状态发生变化时，它会自动通知所有观察者进行相应的更新。这种模式非常适合在以下情况使用： 1. 当一个对象的状态发生改变时，需要通知多个其他对象，并且这些对象之间没有固定的关系。 2. 当一个对象需要维护一系列依赖对象，但又不想紧密耦合这些对象。 #### 二、观察者模式的角色 观察者模式主要包括两个角色：观察者（Observer）和被观察者（Subject）。 - **观察者（Observer）**：观察者是被观察对象变化的通知接收者，它的主要职责是在收到被观察对象的状态变更通知后，更新自身的状态。在C++中，通常通过继承一个基类实现观察者角色，并重写一个更新方法。 - **被观察者（Subject）**：被观察者也称为主题或发布者，它负责维护一组观察者对象，并在自身状态发生变化时通知所有注册的观察者。在C++中，被观察者通常是一个接口或者抽象基类，提供添加、删除观察者的方法以及通知所有观察者的方法。 #### 三、应用场景示例 假设有一个秘书需要通知多个员工老总即将到达的情况，这就可以用观察者模式来实现。秘书作为被观察者，各个员工作为观察者。当秘书得知老总到达的消息时，需要通知所有正在工作的员工。下面是一个具体的实现案例： ```cpp #include <iostream> #include <string> #include <list> using namespace std; // 观察者基类 class Observer { protected: string name; Subject *sub; public: Observer(string name, Subject *sub) { this->name = name; this->sub = sub; } virtual void update() = 0; }; // 股票观察者 class StockObserver : public Observer { public: StockObserver(string name, Subject *sub) : Observer(name, sub){} void update(); }; // NBA观察者 class NBAObserver : public Observer { public: NBAObserver(string name, Subject *sub) : Observer(name, sub){} void update(); }; // 被观察者基类 class Subject { protected: std::list<Observer *> observers; public: string action; // 被观察者对象的状态 virtual void attach(Observer *) = 0; virtual void detach(Observer *) = 0; virtual void notify() = 0; }; // 秘书作为被观察者 class Secretary : public Subject { public: void attach(Observer *observer) { observers.push_back(observer); } void detach(Observer *observer) { list<Observer *>::iterator iter = observers.begin(); while (iter != observers.end()) { if ((*iter) == observer) { observers.erase(iter); return; } ++iter; } } void notify() { list<Observer *>::iterator iter = observers.begin(); while (iter != observers.end()) { (*iter)->update(); ++iter; } } }; void StockObserver::update() { cout << name << " 收到消息：" << sub->action << endl; if (sub->action == "⽼板来了!") { cout << "我马上关闭股票，装做很认真的样子！" << endl; } } ``` #### 四、观察者模式的优点 1. **解耦**：观察者模式使得被观察者和观察者之间的依赖关系最小化。 2. **灵活性**：增加新的观察者非常容易，只需创建新的观察者类并注册即可。 3. **扩展性**：可以在不修改现有代码的情况下添加新的观察者类型。 #### 五、观察者模式的局限性 1. **性能问题**：如果观察者过多，可能会导致性能下降。 2. **循环引用**：在某些情况下，可能导致循环引用的问题，需要小心处理。 #### 六、总结 观察者模式通过定义对象间的一对多依赖关系来实现解耦，使得当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。这对于开发灵活、可扩展的软件系统来说非常重要。在实际应用中，观察者模式常用于事件驱动系统的设计，如GUI工具包、游戏开发等场景。