23种设计模式之《观察者模式（Observer）》在c#中的应用及理解

程序设计中的主要设计模式通常分为三大类，共23种：

1. 创建型模式（Creational Patterns）

单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
工厂方法模式（Factory Method）：定义创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口，而无需指定具体类。
建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与其表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示。
原型模式（Prototype）：通过复制现有对象来创建新对象。

2. 结构型模式（Structural Patterns）

适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。
桥接模式（Bridge）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。
组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。
装饰器模式（Decorator）：动态地给对象添加职责，相比生成子类更为灵活。
外观模式（Facade）：为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。
享元模式（Flyweight）：通过共享技术有效地支持大量细粒度对象。
代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

3. 行为型模式（Behavioral Patterns）

责任链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者与接收者耦合。
命令模式（Command）：将请求封装为对象，使你可以用不同的请求对客户进行参数化。
解释器模式（Interpreter）：给定一个语言，定义其文法的一种表示，并定义一个解释器。
迭代器模式（Iterator）：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部表示。
中介者模式（Mediator）：定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互。
备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
观察者模式（Observer）：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖者都会收到通知并自动更新。
状态模式（State）：允许对象在其内部状态改变时改变其行为。
策略模式（Strategy）：定义一系列算法，将它们封装起来，并使它们可以互相替换。
模板方法模式（Template Method）：定义一个操作中的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中。
访问者模式（Visitor）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

4.模板方法模式（Template Method Pattern）解释

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个算法的框架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。模板方法模式的核心思想是将算法的通用部分放在父类中，而将可变的部分留给子类去实现。

模板方法模式的主要组成部分包括：

抽象类（Abstract Class）：定义了一个模板方法，该方法包含了算法的骨架。模板方法通常会调用一些抽象方法或钩子方法，这些方法由子类实现。
具体类（Concrete Class）：实现了抽象类中的抽象方法或钩子方法，从而具体化了算法的某些步骤。

模板方法模式的关键在于：父类控制算法的流程，子类实现具体的步骤。这种方式可以避免代码重复，并且使得算法的扩展更加灵活。

5.观察者模式（Observer Pattern）解释

观察者模式是一种行为设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，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自动收到通知并更新。观察者模式通常用于实现事件处理系统、发布-订阅机制等。

核心思想：

主题（Subject）：维护一个观察者列表，并提供注册、移除和通知观察者的方法。
观察者（Observer）：定义一个更新接口，用于在主题状态改变时接收通知。
具体观察者（ConcreteObserver）：实现观察者接口，定义具体的更新逻辑。

主要角色：

Subject（主题）：维护一个观察者列表，并在状态改变时通知所有观察者。
Observer（观察者接口）：定义一个更新方法，用于接收主题的通知。
ConcreteObserver（具体观察者）：实现观察者接口，定义具体的更新逻辑。

6.C# 观察者模式演示代码

以下是一个简单的观察者模式示例，模拟一个天气站（主题）和多个显示设备（观察者）之间的关系。当天气站的数据更新时，所有显示设备都会收到通知并更新显示。

csharp

using System;
using System.Collections.Generic;// 观察者接口
interface IObserver
{void Update(float temperature, float humidity, float pressure);
}// 主题接口
interface ISubject
{void RegisterObserver(IObserver observer);void RemoveObserver(IObserver observer);void NotifyObservers();
}// 具体主题：天气站
class WeatherStation : ISubject
{private List<IObserver> _observers = new List<IObserver>();private float _temperature;private float _humidity;private float _pressure;public void RegisterObserver(IObserver observer){_observers.Add(observer);}public void RemoveObserver(IObserver observer){_observers.Remove(observer);}public void NotifyObservers(){foreach (var observer in _observers){observer.Update(_temperature, _humidity, _pressure);}}public void SetMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;_pressure = pressure;NotifyObservers(); // 数据更新时通知所有观察者}
}// 具体观察者：温度显示器
class TemperatureDisplay : IObserver
{public void Update(float temperature, float humidity, float pressure){Console.WriteLine($"温度显示器：当前温度为 {temperature}°C");}
}// 具体观察者：湿度显示器
class HumidityDisplay : IObserver
{public void Update(float temperature, float humidity, float pressure){Console.WriteLine($"湿度显示器：当前湿度为 {humidity}%");}
}// 客户端代码
class Program
{static void Main(string[] args){// 创建主题（天气站）WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();// 创建观察者（显示设备）TemperatureDisplay temperatureDisplay = new TemperatureDisplay();HumidityDisplay humidityDisplay = new HumidityDisplay();// 注册观察者weatherStation.RegisterObserver(temperatureDisplay);weatherStation.RegisterObserver(humidityDisplay);// 模拟天气数据更新weatherStation.SetMeasurements(25.0f, 65.0f, 1013.0f);Console.WriteLine("----------");weatherStation.SetMeasurements(28.5f, 70.0f, 1012.0f);// 移除一个观察者weatherStation.RemoveObserver(humidityDisplay);Console.WriteLine("----------");weatherStation.SetMeasurements(30.0f, 75.0f, 1011.0f);}
}

7.代码说明

IObserver 接口：定义了 Update 方法，所有具体观察者都必须实现这个方法，用于接收主题的通知。
ISubject 接口：定义了注册、移除和通知观察者的方法，所有具体主题都必须实现这个接口。
WeatherStation 类：具体主题，维护一个观察者列表，并在天气数据更新时通知所有观察者。
TemperatureDisplay 和 HumidityDisplay 类：具体观察者，分别实现 IObserver 接口，定义具体的更新逻辑。
Program 类：客户端代码，创建主题和观察者，并模拟天气数据更新。

8.运行结果

温度显示器：当前温度为 25°C
湿度显示器：当前湿度为 65%
----------
温度显示器：当前温度为 28.5°C
湿度显示器：当前湿度为 70%
----------
温度显示器：当前温度为 30°C

9.观察者模式的优点

松耦合：主题和观察者之间是松耦合的，主题不需要知道观察者的具体实现，只需要知道观察者接口。
可扩展性：可以动态添加或移除观察者，无需修改主题的代码。
符合开闭原则：新增观察者时，无需修改现有代码。

10.适用场景

事件驱动系统：如 GUI 框架中的事件处理。
发布-订阅系统：如消息队列、实时数据更新等。
状态变化通知：当一个对象的状态变化需要通知其他对象时。

11.总结

观察者模式通过将主题和观察者解耦，使得系统更加灵活和可扩展。它非常适合处理对象之间的一对多依赖关系，尤其是在需要动态通知和更新的场景中。在 C# 中，观察者模式可以通过事件和委托机制更简洁地实现，但经典的设计模式实现方式仍然有助于理解其核心思想。