C++设计模式----观察者模式

由遇到的问题引出观察者模式

观察者模式应该可以说是应用最多、影响最广的模式之一，因为 观察者的一个实例 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 观察者模式是软件开发过程中必须要掌握和使用的模式之一。在 MFC 中，Doc/View（文档视图结构）提供了实现 MVC 的框架结构（有一个从设计模式（观察者模式）的角度分析分析 Doc/View 的文章正在进一步的撰写当中，遗憾的是时间：））。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 观察者模式的实现接口，这将在讨论中给出。

当然，MVC 只是 观察者模式的一个实例。观察者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。观察者模式就是解决了这一个问题。

模式选择

观察者模式典型的结构图为：

图 2-1：观察者Pattern 结构图

这里的目标 Subject 提供依赖于它的观察者 观察者的注册（Attach）和注销（Detach）操作，并且提供了使得依赖于它的所有观察者同步的操作（Notify）。观察者 观察者则提供一个 Update 操作，注意这里的 观察者的 Update 操作并不在 观察者改变了 Subject 目标状态的时候就对自己进行更新，这个更新操作要延迟到 Subject 对象发出 Notify 通知所有观察者进行修改（调用 Update）。

观察者模式的实现

完整代码示例（code）：观察者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 VC 6.0 下测试运行）。

代码片断 1：Subject.h

//Subject.h#ifndef _SUBJECT_H_#define _SUBJECT_H_#include <list>#include <string>using namespace std;typedef string State;class Observer;class Subject{    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;    protected:    Subject();    private:    list<Observer* >* _obvs;};class ConcreteSubject:public Subject{     public:     ConcreteSubject();    ~ConcreteSubject();    State GetState();    void SetState(const State& st);    protected:    private:    State _st;};#endif //~_SUBJECT_H_

代码片断 2：Subject.cpp

//Subject.cpp#include "Subject.h"#include "Observer.h"#include <iostream>#include <list>using namespace std;typedef string state;Subject::Subject(){    //****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(){    _st = '\0';}ConcreteSubject::~ConcreteSubject(){}State ConcreteSubject::GetState(){    return _st;}void ConcreteSubject::SetState(const State& st){    _st = st;}

代码片断 3：Observer.h

//Observer.h#ifndef _OBSERVER_H_#define _OBSERVER_H_#include "Subject.h"#include <string>using namespace std;typedef string State;class Observer{    public:    virtual ~Observer();    virtual void Update(Subject* sub) = 0;    virtual void PrintInfo() = 0;    protected:    Observer();    State _st;    private:};class ConcreteObserverA:public Observer{    public:    virtual Subject* GetSubject();    ConcreteObserverA(Subject* sub);    virtual ~ConcreteObserverA();    //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();    protected:    private:    Subject* _sub;};class ConcreteObserverB:public Observer{    public:    virtual Subject* GetSubject();    ConcreteObserverB(Subject* sub);    virtual ~ConcreteObserverB();    //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();    protected:    private:    Subject* _sub;};#endif //~_OBSERVER_H_

代码片断 4：Observer.cpp

//Observer.cpp#include "Observer.h"#include "Subject.h"#include <iostream>#include <string>using namespace std;Observer::Observer(){    _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();}

代码片断 5：main.cpp

//main.cpp#include "Subject.h"#include "Observer.h"#include <iostream>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 观察者模式的实现中，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 观察者对象，并广播通知改变状态（调用 观察者的 Update操作）。目标的状态 state 可以由 Subject 自己改变（示例），也可以由 观察者的某个操作引起 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 观察者观察者来调用（因为 观察者维护一个指向 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"。

关于观察者模式的讨论

观察者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观察者模式：通过专门的类 Observable 及 观察者接口来实现 MVC 编程模式，其 UML 图可以表示为：

Java 中实现 MVC 的 UML 图。

这里的 观察者就是观察者，Observable 则充当目标 Subject 的角色。

观察者模式也称为发布－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）。