一.观察者模式

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，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一个主题对象，当主题对象状态发生改变时，会通知所有观察者对象，使它们自动更新自己。

1.作用

观察者模式的主要作用在于解耦观察者和被观察者，使它们之间的依赖关系变得松散，从而提高系统的可扩展性和可维护性。观察者模式还有以下的作用：

1. 支持广播通信：当一个对象发生改变时，所有依赖于它的对象都会收到通知，这样就可以实现对象间的广播通信。
2. 提供面向对象设计的基础：观察者模式将观察者和被观察者之间的关系抽象化，使得它们可以独立地变化，从而更好地支持面向对象设计的原则。
3. 降低系统的耦合度：观察者模式可以将观察者和被观察者之间的依赖关系解耦，从而降低系统的耦合度，使得系统更加灵活、可扩展和可维护。
4. 支持事件驱动编程：观察者模式可以将事件的发布和订阅抽象化，从而支持事件驱动编程，这在GUI编程、网络编程等领域中非常常见。

2.适用场景

观察者模式适用于那些需要解耦观察者和被观察者之间的依赖关系，同时需要实现多个对象之间的通信和协作的场景。

1. GUI（图形用户界面）开发：在 GUI 应用程序中，我们经常需要更新多个 UI控件的状态，以响应用户输入或其他操作。这些控件可能来自不同的类，但它们需要共享某些数据。这时候，我们可以使用观察者模式来解耦控件之间的依赖关系。
2. 网络编程：在分布式系统中，通常需要处理大量的网络事件和消息，例如客户端连接、断开、数据传输等。这时候，我们可以使用观察者模式来简化事件和消息的处理。
3. 日志记录：在大型应用程序中，日志记录是必不可少的。观察者模式可以让我们将日志记录器与日志处理器解耦，从而提高代码的可维护性和扩展性。
4. 数据库设计：在数据库设计中，我们可以使用观察者模式来实现触发器（trigger）的功能。触发器可以在数据库中的某个表发生变化时自动触发一些操作，例如更新其他表的数据、发送邮件通知。
5. 事件驱动编程：在事件驱动编程中，我们可以使用观察者模式来实现事件的注册和处理。事件可以是用户输入、硬件事件、系统消息等。当事件发生时，观察者模式可以自动通知所有的事件处理器进行处理。

3.实现要素

1. Subject——抽象主题（抽象被观察者）：抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
2. ConcreteSubject——具体主题（具体被观察者）：该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
3. Observer——抽象观察者：是观察者者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己。
4. ConcrereObserver——具体观察者：实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。

二.C++程序示例

#include <iostream>
#include <vector>

class Observer { // 抽象观察者
public:
    virtual void update() = 0;
};

class Subject { // 抽象主题
public:
    virtual void attach(Observer* observer) = 0;
    virtual void detach(Observer* observer) = 0;
    virtual void notify() = 0;
};

class Cart : public Subject { // 具体主题
private:
    std::vector<Observer*> observers;
    int totalPrice;
public:
    void attach(Observer* observer) override {
        observers.push_back(observer);
    }

    void detach(Observer* observer) override {
        observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());
    }

    void notify() override {
        for (auto observer : observers) {
            observer->update();
        }
    }

    void setTotalPrice(int price) {
        totalPrice = price;
        notify();
    }

    int getTotalPrice() const {
        return totalPrice;
    }
};

class Customer : public Observer { // 具体观察者
private:
    std::string name;
    Cart* cart;
public:
    Customer(std::string name, Cart* cart) : name(name), cart(cart) {}

    void update() override {
        std::cout << name << " receives the updated cart total price: $" << cart->getTotalPrice() << std::endl;
    }
};

int main() {
    Cart* cart = new Cart();
    Customer* customer1 = new Customer("Alice", cart);
    Customer* customer2 = new Customer("Bob", cart);

    cart->attach(customer1);
    cart->attach(customer2);

    cart->setTotalPrice(100);

    cart->detach(customer2);

    cart->setTotalPrice(200);

    delete cart;
    delete customer1;
    delete customer2;

    return 0;
}

Subject 抽象主题，定义了增加、删除观察者和通知观察者的接口。
Cart 具体主题，实现了抽象主题的接口，维护了一个观察者列表，以及具体状态。
Observer 抽象观察者，定义了一个更新接口。
Customer 具体观察者，实现了抽象观察者的接口，持有具体主题的引用，在状态改变时接收通知并做出相应的响应。
在 main 函数中创建具体主题和具体观察者对象，并对其进行操作，以此演示观察者模式的工作方式。