观察者模式练习——天气站、按钮与订单通知

按《Python 设计模式——观察者模式》的建议，通过三道练习巩固：① 天气站与多个显示屏（主题 + 观察者）；② 按钮点击与多个监听器；③ 订单支付成功通知多个处理者。每步都有完整可运行代码和验证要点。

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练习一：天气站与多个显示屏

目的

体会主题维护观察者列表、状态变化时 notify 所有观察者；主题不依赖具体观察者类型，只依赖“观察者接口”；增加新显示屏只需 new 并 attach，无需改主题代码。

要求

• 实现 Subject 接口：attach(observer)、detach(observer)、notify()。
• 实现 Observer 接口：update(temperature, humidity)（推模型）。
• 实现 WeatherStation（具体主题）：有温度、湿度；set_measurements(t, h) 时更新内部状态并 notify()。
• 实现 DisplayScreen（具体观察者）：有名字；update(t, h) 时打印一条“[名字] 温度=xx 湿度=xx”。
• 客户代码：创建一个 WeatherStation，attach 两个 DisplayScreen，调用 set_measurements(25.5, 60)，验证两个屏都打印了更新；再 detach 一个屏，再次 set_measurements，验证只有仍 attach 的屏打印。

参考答案

from abc import ABC, abstractmethod

class Observer(ABC):
    @abstractmethod
    def update(self, temperature: float, humidity: float):
        pass

class Subject(ABC):
    @abstractmethod
    def attach(self, observer: Observer):
        pass

    @abstractmethod
    def detach(self, observer: Observer):
        pass

    @abstractmethod
    def notify(self):
        pass

class WeatherStation(Subject):
    def __init__(self):
        self._observers = []
        self._temperature = 0.0
        self._humidity = 0.0

    def attach(self, observer: Observer):
        self._observers.append(observer)

    def detach(self, observer: Observer):
        if observer in self._observers:
            self._observers.remove(observer)

    def notify(self):
        for obs in self._observers:
            obs.update(self._temperature, self._humidity)

    def set_measurements(self, temperature: float, humidity: float):
        self._temperature = temperature
        self._humidity = humidity
        self.notify()

class DisplayScreen(Observer):
    def __init__(self, name: str):
        self.name = name

    def update(self, temperature: float, humidity: float):
        print(f"  [{self.name}] 温度={temperature}, 湿度={humidity}")

# 使用
station = WeatherStation()
screen1 = DisplayScreen("屏1")
screen2 = DisplayScreen("屏2")
station.attach(screen1)
station.attach(screen2)

station.set_measurements(25.5, 60)
# [屏1] 温度=25.5, 湿度=60
# [屏2] 温度=25.5, 湿度=60

station.detach(screen2)
station.set_measurements(30.0, 70)
# 只有 [屏1] 打印

验证要点

• 第一次 set_measurements 后，两个屏都打印一次。
• detach(screen2) 后再次 set_measurements，只有屏1打印，屏2 不再收到通知。
• 确认：WeatherStation 只依赖 Observer 接口，不依赖 DisplayScreen 具体类。

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练习二：按钮点击与多个监听器

目的

把“按钮”当作主题，“点击”当作状态变化；多个监听器（观察者）订阅点击事件，点击时主题 notify，每个监听器执行自己的逻辑（写日志、弹提示等）。

要求

• 实现 Button（主题）：有 attach(listener)，监听器需有 on_click() 方法；有 click()，被调用时遍历所有监听器并调用 listener.on_click()。
• 实现两个监听器：LogListener（on_click 时打印“[日志] 按钮被点击”）、AlertListener（on_click 时打印“[提示] 您点击了按钮”）。
• 客户代码：创建一个 Button，attach 两个监听器，调用 button.click()，验证两行输出；再 attach 第三个监听器（自拟），再次 click，验证三个监听器都被调用。

参考答案

class Button:
    def __init__(self):
        self._listeners = []

    def attach(self, listener):
        """listener 需有 on_click() 方法"""
        self._listeners.append(listener)

    def click(self):
        for L in self._listeners:
            L.on_click()

class LogListener:
    def on_click(self):
        print("  [日志] 按钮被点击")

class AlertListener:
    def on_click(self):
        print("  [提示] 您点击了按钮")

class CounterListener:
    def __init__(self):
        self.count = 0
    def on_click(self):
        self.count += 1
        print(f"  [计数] 第 {self.count} 次点击")

# 使用
button = Button()
button.attach(LogListener())
button.attach(AlertListener())
button.click()
# [日志] 按钮被点击
# [提示] 您点击了按钮

button.attach(CounterListener())
button.click()
# 三个监听器都会执行

验证要点

• 第一次 click 有 两行输出（日志、提示）。
• 增加 CounterListener 后第二次 click 有 三行输出，且计数正确。
• 确认：Button 不依赖具体监听器类，只要带 on_click() 即可。

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练习三：订单支付成功通知多个处理者

目的

订单（主题）在“支付成功”时通知多个观察者：库存扣减、发邮件、更新统计等。订单不直接依赖库存、邮件、统计模块，只维护观察者列表，支付时 notify；新增一种通知方式只需加一个观察者并 attach。

要求

• 定义观察者接口 OrderObserver，有方法 on_order_paid(order_id, amount)。
• 实现 Order（主题）：有 order_id、amount；有 attach(observer)；有 pay(amount)，pay 时把 amount 存下来并遍历观察者调用 on_order_paid(self.order_id, self.amount)。
• 实现两个具体观察者：InventoryObserver（on_order_paid 时打印“[库存] 扣减订单 xxx 的库存”）、EmailObserver（on_order_paid 时打印“[邮件] 发送订单 xxx 支付成功邮件”）。
• 客户代码：创建订单，attach 两个观察者，调用 order.pay(99.0)，验证两行输出。

参考答案

from abc import ABC, abstractmethod

class OrderObserver(ABC):
    @abstractmethod
    def on_order_paid(self, order_id: str, amount: float):
        pass

class Order:
    def __init__(self, order_id: str):
        self.order_id = order_id
        self.amount = 0.0
        self._observers = []

    def attach(self, observer: OrderObserver):
        self._observers.append(observer)

    def pay(self, amount: float):
        self.amount = amount
        for obs in self._observers:
            obs.on_order_paid(self.order_id, self.amount)

class InventoryObserver(OrderObserver):
    def on_order_paid(self, order_id: str, amount: float):
        print(f"  [库存] 扣减订单 {order_id} 的库存")

class EmailObserver(OrderObserver):
    def on_order_paid(self, order_id: str, amount: float):
        print(f"  [邮件] 发送订单 {order_id} 支付成功邮件")

# 使用
order = Order("O001")
order.attach(InventoryObserver())
order.attach(EmailObserver())
order.pay(99.0)
# [库存] 扣减订单 O001 的库存
# [邮件] 发送订单 O001 支付成功邮件

验证要点

• order.pay(99.0) 后，库存和邮件两行都打印，且 order_id、amount 正确。
• 确认：Order 只依赖 OrderObserver 接口；若要加“短信通知”，只需新写一个实现 OrderObserver 的类并 attach，无需改 Order。

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三步汇总与自检

练习	重点	关键点
一	天气站 + 显示屏	主题 attach/detach/notify；观察者 update(t, h)；detach 后不再收到通知。
二	按钮 + 监听器	主题 click 时遍历监听器调用 on_click；可随时 attach 新监听器。
三	订单支付通知	主题 pay 时 notify，传 order_id 和 amount；观察者实现 on_order_paid。

自检问题

1. 主题为什么要维护观察者列表？
   因为状态变化时要通知所有关心它的对象，主题只负责在变化时遍历列表、调用每个观察者的更新方法，而不需要知道观察者具体类型或业务。

2. 推模型和拉模型有什么区别？
   推：notify 时把新状态（如 temperature, humidity）作为参数传给观察者；拉：notify 时只传主题引用，观察者自己在 update 里向主题取需要的数据。推接口会随“推送内容”变化，拉则主题的 notify 接口更稳定。

3. 若在某个观察者的 update 里又修改了主题的状态，可能有什么问题？
   主题可能再次 notify，形成链式调用甚至循环；设计上应避免在“被通知”的过程中再去改同一主题的状态，或使用延迟通知等策略。

做完以上三道练习，再对照《观察者模式》文档中的示例，对观察者模式会掌握得比较扎实。建议每道题先自己写一遍，再对照参考答案和验证要点检查。