C/C++教學

C++ 設計模式 - 觀察者模式 Observer Pattern

今天你訂閱了一個喜歡的 YouTube 頻道，這個頻道一旦有新影片發布，你就會收到通知。不需要你反覆檢查頻道是否有新內容，所有更新自動發送到你手上。在軟體開發中，我們常常需要處理這樣的情境，當一個物件的狀態發生變化時，其他相關物件需要自動更新，並做出相應的回應。這種情境下我們就可以運用觀察者模式 Observer Pattern。

什麼是觀察者模式？

觀察者模式是一種行為設計模式，它定義了一種一對多的依賴關係，當一個物件（被觀察者）發生改變時，所有依賴它的物件（觀察者）都會自動收到通知並更新自己。這讓系統中的物件之間能夠鬆散耦合，保持靈活性和可維護性。

觀察者模式在 YouTube 訂閱的應用

在這個範例中，我們將 YouTube 頻道視為「被觀察者」，訂閱該頻道的使用者則是「觀察者」。當頻道有新影片上傳時，所有訂閱者都會自動收到通知。讓我們用 C++ 來實踐這個概念。

我們定義一個 Observer 介面，所有的觀察者（訂閱者）都要實作這個介面。

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class Observer {
public:
    virtual void update(const std::string& videoTitle) = 0;
    virtual ~Observer() = default;
};

接著我們定義一個 Subject 介面，讓被觀察者（YouTube 頻道）管理觀察者的訂閱和通知。

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class Subject {
public:
    virtual void addObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;
    virtual void removeObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) = 0;
    virtual void notifyObservers() = 0;
    virtual ~Subject() = default;
};

接下來我們實作一個具體的 YouTubeChannel 類別，這個類別代表 YouTube 頻道，當有新影片發布時，它會通知所有的訂閱者。

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class YouTubeChannel : public Subject {
private:
    std::list<std::shared_ptr<Observer>> subscribers;
    std::string latestVideo;

public:
    void addObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) override {
        subscribers.push_back(observer);
    }

    void removeObserver(std::shared_ptr<Observer> observer) override {
        subscribers.remove(observer);
    }

    void notifyObservers() override {
        for (const auto& observer : subscribers) {
            observer->update(latestVideo);
        }
    }

    void uploadNewVideo(const std::string& videoTitle) {
        latestVideo = videoTitle;
        notifyObservers();
    }
};

最後我們可以定義多個觀察者來代表不同的訂閱者，他們會在接收到新影片通知時，顯示影片的標題。

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class Subscriber : public Observer {
private:
    std::string name;

public:
    Subscriber(const std::string& name) : name(name) {}

    void update(const std::string& videoTitle) override {
        std::cout << name << " received notification: " 
            << videoTitle << std::endl;
    }
};

當我們將 Subscriber 加入 YouTubeChannel 的訂閱者清單時，頻道一旦上傳新影片，所有的訂閱者都會自動收到通知。

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int main() {
    YouTubeChannel channel;

    std::shared_ptr<Subscriber> alice = std::make_shared<Subscriber>("Alice");
    std::shared_ptr<Subscriber> bob = std::make_shared<Subscriber>("Bob");

    channel.addObserver(alice);
    channel.addObserver(bob);
    channel.uploadNewVideo("First Video");

    channel.removeObserver(bob);
    channel.uploadNewVideo("Second Video");

    return 0;
}

執行上述程式碼，我們會得到以下輸出：

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Alice received notification: First Video
Bob received notification: First Video
Alice received notification: Second Video

這個範例中使用了觀察者模式來模擬 YouTube 訂閱系統。當 YouTube 頻道上傳新影片時，所有的訂閱者都會自動收到通知。這讓我們的系統能夠更靈活地應對訂閱和通知的需求。

觀察者模式的優點

以這個例子來說，使用觀察者模式降低了耦合度，訂閱者和 YouTube 頻道之間的關係是鬆散的，YouTube 頻道不需要知道實際上是誰訂閱了它，它只需要通知所有訂閱者，這讓系統更容易擴展跟維護。

同時也具備擴展性，你可以輕鬆地新增或移除訂閱者，而不需要修改 YouTube 頻道的程式碼。

總結

觀察者模式是一種常見的設計模式，能有效處理多個物件之間的通知和更新需求。在我們生活中無所不在，例如：股票價格變化時，關注該股票的投資者都會收到通知，天氣變化時，訂閱天氣服務的使用者都會收到更新，電子報發布時，訂閱的讀者也會收到信件。下次你在設計系統時，如果遇到一對多的依賴關係，並且希望它們能夠自動更新的情況，不妨試試觀察者模式！