Observer 模式-GoF 23 种设计模式精解系列-附 C++实现源码

前言

尊重原创，本系列文本解析部分主要基于Candidate for Master’s Degree School of Computer Wuhan University的K_Eckel（[email protected]）《设计模式精解-GoF 23 种设计模式解析附 C++实现源码》。为了避免重造轮子，本系列博文对源码在ubuntu16.04下做了验证并上传到了gitee，再次感谢。

如有问题，可邮件联系我([email protected])并共同探讨解决方案。

Observer 模式简介：

当对象间存在一对多关系时，则使用观察者模式（Observer Pattern）。比如，当一个对象被修改时，则会自动通知依赖它的对象。观察者模式属于行为型模式。
比如西游记里面悟空请求菩萨降服红孩儿，菩萨洒了一地水招来一个老乌龟，这个乌龟就是观察者，他观察菩萨洒水这个动作。

问题：

Observer模式应该可以说是应用最多、影响最广的模式之一，因为Observer的一个实例Model/View/Control（MVC）结构在系统开发架构设计中有着很重要的地位和意义，MVC实现了业务逻辑和表示层的解耦。个人也认为Observer模式是软件开发过程中必须要掌握和使用的模式之一。在Java阵容中，Struts则提供和MFC中Doc/View结构类似的实现MVC的框架。另外Java语言本身就提供了Observer模式的实现接口，这将在讨论中给出。

当然，MVC只是Observer模式的一个实例。Observer模式要解决的问题为：建立一个一（Subject）对多（Observer）的依赖关系，并且做到当“一”变化的时候，依赖这个“一”的多也能够同步改变。最常见的一个例子就是：对同一组数据进行统计分析时候，我们希望能够提供多种形式的表示（例如以表格进行统计显示、柱状图统计显示、百分比统计显示等）。这些表示都依赖于同一组数据，我们当然需要当数据改变的时候，所有的统计的显示都能够同时改变。Observer模式就是解决了这一个问题。

模式选择

Observer 模式典型的结构图为：
Observer Pattern
图 1:Observer 模式结构示意图 1

实现

完整代码示例（code）

Observer模式的实现有些特点，这里为了方便初学者的学习和参考，将给出完整的实现代码(所有代码采用 C++实现,并在 Visual Studio Code，Version: 1.36.1 下测试运行)。

源码gitee地址：点击这里

代码目录结构：

PS C:\Users\guopz\Desktop\GiteeBlog\designpatternsbycpipei\behavioralPattern\Observer> tree /F    
卷 Windows 的文件夹 PATH 列表
卷序列号为 F0C5-AFA6
C:.
├─include
│      Observer.h
│      Subject.h
│      
└─src
        a.out
        main.cpp
        Observer.cpp
        Subject.cpp

PS C:\Users\guopz\Desktop\GiteeBlog\designpatternsbycpipei\behavioralPattern\Observer>

Subject.h:

// Subject.h

#ifndef _SUBJECT_H_
#define _SUBJECT_H_

#include <list>
#include <string>

using namespace std;

typedef string State;

class Observer;

class Subject {
 private:
  list<Observer*>* _obvs;

 protected:
  Subject(/* args */);

 public:
  virtual ~Subject();
  virtual void Attach(Observer* obv);
  virtual void Detach(Observer* obv);
  virtual void Notify();
  virtual void SetState(const State& st) = 0;
  virtual State GetState() = 0;
};

class ConcreteSubject : public Subject {
 private:
  State _st;

 public:
  ConcreteSubject(/* args */);
  ~ConcreteSubject();
  State GetState();
  void SetState(const State& st);
};

#endif //~_SUBJECT_H_

Observer.h:

// Observer.h

#ifndef _OBSERVER_H_
#define _OBSERVER_H_

#include <string>
#include "Subject.h"

using namespace std;

typedef string State;

class Observer {
 private:
  /* data */

 protected:
  Observer(/* args */);
  State _st;

 public:
  virtual ~Observer();
  virtual void Update(Subject* sub) = 0;
  virtual void PrintInfo() = 0;
};

class ConcreteObserverA :public Observer {
 private:
  Subject* _sub;

 public:
  ConcreteObserverA(Subject* sub);
  virtual ~ConcreteObserverA();
  virtual Subject* GetSubject();
  //传入 Subject 作为参数,这样可以让一个View 属于多个的 Subject。
  void Update(Subject* sub);
  void PrintInfo();
};

class ConcreteObserverB :public Observer {
 private:
  Subject* _sub;

 public:
  ConcreteObserverB(Subject* sub);
  virtual ~ConcreteObserverB();
  virtual Subject* GetSubject();
  //传入 Subject 作为参数,这样可以让一个View 属于多个的 Subject。
  void Update(Subject* sub);
  void PrintInfo();
};

#endif //~_OBSERVER_H_

Subject.cpp:

// Subject.cpp

#include "../include/Subject.h"
#include <iostream>
#include <list>
#include "../include/Observer.h"

using namespace std;

typedef string state;

Subject::Subject(/* args */) {
  //在模板的使用之前一定要 new,创建
  _obvs = new list<Observer*>;
}
Subject::~Subject() {}
void Subject::Attach(Observer* obv) { _obvs->push_front(obv); }
void Subject::Detach(Observer* obv) {
  if (obv != NULL) _obvs->remove(obv);
}
void Subject::Notify() {
  list<Observer*>::iterator it;
  it = _obvs->begin();
  for (; it != _obvs->end(); it++) {
    //关于模板和 iterator 的用法
    (*it)->Update(this);
  }
}

ConcreteSubject::ConcreteSubject(/* args */) { _st = '\0'; }
ConcreteSubject::~ConcreteSubject() {}
State ConcreteSubject::GetState() { return _st; }
void ConcreteSubject::SetState(const State& st) { _st = st; }

Observer.cpp:

// Observer.cpp

#include "../include/Observer.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include "../include/Subject.h"

using namespace std;

Observer::Observer(/* args */) { _st = '\0'; }
Observer::~Observer() {}

ConcreteObserverA::ConcreteObserverA(Subject* sub) {
  _sub = sub;
  _sub->Attach(this);
}
ConcreteObserverA::~ConcreteObserverA() {
  _sub->Detach(this);
  if (_sub != 0) delete _sub;
}
Subject* ConcreteObserverA::GetSubject() { return _sub; }
void ConcreteObserverA::PrintInfo() {
  cout << "ConcreteObserverA observer...." << _sub->GetState() << endl;
}
void ConcreteObserverA::Update(Subject* sub) {
  _st = sub->GetState();
  PrintInfo();
}

ConcreteObserverB::ConcreteObserverB(Subject* sub) {
  _sub = sub;
  _sub->Attach(this);
}
ConcreteObserverB::~ConcreteObserverB() {
  _sub->Detach(this);
  if (_sub != 0) delete _sub;
}
Subject* ConcreteObserverB::GetSubject() { return _sub; }
void ConcreteObserverB::PrintInfo() {
  cout << "ConcreteObserverB observer...." << _sub->GetState() << endl;
}
void ConcreteObserverB::Update(Subject* sub) {
  _st = sub->GetState();
  PrintInfo();
}

main.cpp:

// main.cpp

#include <iostream>
#include "../include/Observer.h"
#include "../include/Subject.h"

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[]) {
  ConcreteSubject* sub = new ConcreteSubject();
  Observer* o1 = new ConcreteObserverA(sub);
  Observer* o2 = new ConcreteObserverB(sub);
  sub->SetState("old");
  sub->Notify();
  sub->SetState("new");  // 也可以由 Observer 调用
  sub->Notify();

  return 0;
}

代码说明

在Observer模式的实现中，Subject维护一个list作为存储其所有观察者的容器。每当调用Notify操作就遍历list中的Observer对象，并广播通知改变状态（调用Observer的Update操作）。目标的状态state可以由Subject自己改变（示例），也可以由Observer的某个操作引起state的改变（可调用Subject的SetState操作）。Notify操作可以由Subject目标主动广播（示例），也可以由Observer观察者来调用（因为Observer维护一个指向Subject的指针）。
运行示例程序，可以看到当Subject处于状态“old”时候，依赖于它的两个观察者都显示“old”，当目标状态改变为“new”的时候，依赖于它的两个观察者也都改变为“new”。

编译运行结果：

PS C:\Users\guopz\Desktop\GiteeBlog\designpatternsbycpipei\behavioralPattern\Observer\src> g++ *.cpp -std=c++11
PS C:\Users\guopz\Desktop\GiteeBlog\designpatternsbycpipei\behavioralPattern\Observer\src> .\a.exe
ConcreteObserverB observer....old
ConcreteObserverA observer....old
ConcreteObserverB observer....new
ConcreteObserverA observer....new
PS C:\Users\guopz\Desktop\GiteeBlog\designpatternsbycpipei\behavioralPattern\Observer\src>

讨论

Observer是影响极为深远的模式之一，也是在大型系统开发过程中要用到的模式之一。除了MFC、Struts提供了MVC的实现框架，在Java语言中还提供了专门的接口实现Observer模式：通过专门的类Observable及Observer接口来实现MVC编程模式，其UML图可以表示为：
Observer MVC
图 2: Java中实现MVC的UML图

这里的Observer就是观察者，Observable则充当目标Subject的角色。
Observer模式也称为发布－订阅（publish-subscribe），目标就是通知的发布者，观察者则是通知的订阅者（接受通知）。

前言

目录

创建型模式(Creating Pattern)

结构型模式（Structrual Pattern）

行为型模式（Behavioral Pattern）