设计模式-行为型模式-观察者模式

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1、模式的定义与特点

观察者（Observer）模式的定义：指多个对象间存在一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式，它是对象行为型模式。

观察者模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。

1. 降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。符合依赖倒置原则。
2. 目标与观察者之间建立了一套触发机制。

它的主要缺点如下。

1. 目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除，而且有可能出现循环引用。
2. 当观察者对象很多时，通知的发布会花费很多时间，影响程序的效率。

2、模式的结构与实现

实现观察者模式时要注意具体目标对象和具体观察者对象之间不能直接调用，否则将使两者之间紧密耦合起来，这违反了面向对象的设计原则。

1. 模式的结构

观察者模式的主要角色如下。

1. 抽象主题（Subject）角色：也叫抽象目标类，它提供了一个用于保存观察者对象的聚集类和增加、删除观察者对象的方法，以及通知所有观察者的抽象方法。
2. 具体主题（Concrete Subject）角色：也叫具体目标类，它实现抽象目标中的通知方法，当具体主题的内部状态发生改变时，通知所有注册过的观察者对象。
3. 抽象观察者（Observer）角色：它是一个抽象类或接口，它包含了一个更新自己的抽象方法，当接到具体主题的更改通知时被调用。
4. 具体观察者（Concrete Observer）角色：实现抽象观察者中定义的抽象方法，以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。

观察者模式的结构图如图 1 所示。

3、代码实现

 3.1、抽象主题（Subject）角色

#ifndef ISUBJECT_H
#define ISUBJECT_H

class IObserver;

// 抽象主题（Subject）角色
// 也叫抽象目标类，它提供了一个用于保存观察者对象的聚集类和增加、
// 删除观察者对象的方法，以及通知所有观察者的抽象方法。
class ISubject
{
public:
    virtual ~ISubject() {}

    //增加观察者方法
    virtual void add(IObserver *observer) = 0;

    //删除观察者方法
    virtual void remove(IObserver *observer) = 0;

    //通知观察者方法
    virtual void notifyObserver()   = 0;
};

#endif // ISUBJECT_H

3.2、具体主题（Concrete Subject）角色 

#ifndef CONCRETESUBJECT_H
#define CONCRETESUBJECT_H

#include 
using namespace std;
#include "isubject.h"

// 具体主题（Concrete Subject）角色
// 也叫具体目标类，它实现抽象目标中的通知方法，
// 当具体主题的内部状态发生改变时，通知所有注册过的观察者对象。
class ConcreteSubject : public ISubject
{
public:
    ConcreteSubject();

    //增加观察者方法
    void add(IObserver *observer) override;

    //删除观察者方法
    void remove(IObserver *observer) override;

    //通知观察者方法
    void notifyObserver() override;

private:
    list mPObservers;
};

#endif // CONCRETESUBJECT_H

#include "concretesubject.h"
#include "iobserver.h"
#include 

ConcreteSubject::ConcreteSubject()
{
    mPObservers.clear();
}

void ConcreteSubject::add(IObserver *observer)
{
    if (!observer)
    {
        return ;
    }

    mPObservers.push_back(observer);
    std::cout << "ConcreteSubject add IObserver, key: ";
    std::cout << observer->getKey() << std::endl;
}

void ConcreteSubject::remove(IObserver *observer)
{
    if (!observer)
    {
        return ;
    }

    std::cout << "ConcreteSubject remove IObserver, key: ";
    std::cout << observer->getKey() << std::endl;

    for (auto it = mPObservers.begin(); it != mPObservers.end(); it++)
    {
        if (*it == observer)
        {
            mPObservers.erase(it);
            return;
        }
    }
}

void ConcreteSubject::notifyObserver()
{
    for (IObserver *observer : mPObservers)
    {
        observer->response();
    }
}

 3.3、抽象观察者（Observer）角色

#ifndef IOBSERVER_H
#define IOBSERVER_H

#include 
using namespace std;

// 抽象观察者（Observer）角色
// 它是一个抽象类或接口，它包含了一个更新自己的抽象方法，
// 当接到具体主题的更改通知时被调用。
class IObserver
{
public:
    virtual ~IObserver() {}

    //反应
    virtual void response() = 0;

    //设置唯一属性key
    virtual void setKey(const string &key) = 0;

    // 获取唯一属性key
    virtual const string getKey() = 0;
};

#endif // IOBSERVER_H

3.4、具体观察者（Concrete Observer）角色 1

#ifndef CONCRETEOBSERVER1_H
#define CONCRETEOBSERVER1_H

#include "iobserver.h"

// 具体观察者（Concrete Observer）角色
// 实现抽象观察者中定义的抽象方法，以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。
class ConcreteObserver1 : public IObserver
{
public:
    ConcreteObserver1();

    void response() override;

    void setKey(const string &key) override;

    const string getKey() override;

private:
    string mKey;
};

#endif // CONCRETEOBSERVER1_H

#include "concreteobserver1.h"
#include 

ConcreteObserver1::ConcreteObserver1()
{
    mKey = "";
}

void ConcreteObserver1::response()
{
    // 具体观察者1作出反应！
    std::cout << "I am the ConcreteObserver1." << std::endl;
}

void ConcreteObserver1::setKey(const string &key)
{
    mKey = key;
}

const string ConcreteObserver1::getKey()
{
    return mKey;
}

 3.5、具体观察者（Concrete Observer）角色

#ifndef CONCRETEOBSERVER2_H
#define CONCRETEOBSERVER2_H

#include "iobserver.h"

// 具体观察者（Concrete Observer）角色
// 实现抽象观察者中定义的抽象方法，以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。
class ConcreteObserver2 : public IObserver
{
public:
    ConcreteObserver2();

    void response() override;

    void setKey(const string &key) override;

    const string getKey() override;

private:
    string mKey;
};

#endif // CONCRETEOBSERVER2_H

#include "concreteobserver2.h"
#include 

ConcreteObserver2::ConcreteObserver2()
{
    mKey = "";
}

void ConcreteObserver2::response()
{
    // 具体观察者2作出反应！
    std::cout << "I am the ConcreteObserver2." << std::endl;
}

void ConcreteObserver2::setKey(const string &key)
{
    mKey = key;
}

const string ConcreteObserver2::getKey()
{
    return mKey;
}

3.6、调用示例 

#include 
#include "concreteobserver1.h"
#include "concreteobserver2.h"
#include "concretesubject.h"

int main()
{
    // 观察者（Observer）模式的定义：指多个对象间存在一对多的依赖关系，
    // 当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
    // 这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式，它是对象行为型模式。

    // 实例化观察者
    IObserver * pO1 = new ConcreteObserver1();
    pO1->setKey("Observer1");
    IObserver * pO2 = new ConcreteObserver2();
    pO2->setKey("Observer2");
    // 实例化主题
    ISubject * pSub = new ConcreteSubject();
    // 订阅主题
    pSub->add(pO1);
    pSub->add(pO2);
    // 通知观察者
    pSub->notifyObserver();

    // 释放对象
    delete pSub;
    delete pO1;
    delete pO2;

    return 0;
}

模式的应用场景

在软件系统中，当系统一方行为依赖另一方行为的变动时，可使用观察者模式松耦合联动双方，使得一方的变动可以通知到感兴趣的另一方对象，从而让另一方对象对此做出响应。

通过前面的分析与应用实例可知观察者模式适合以下几种情形。

1. 对象间存在一对多关系，一个对象的状态发生改变会影响其他对象。
2. 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面时，可将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。
3. 实现类似广播机制的功能，不需要知道具体收听者，只需分发广播，系统中感兴趣的对象会自动接收该广播。
4. 多层级嵌套使用，形成一种链式触发机制，使得事件具备跨域（跨越两种观察者类型）通知。