设计模式解析之——Observer模式（k_eckel转自微软高校博客K_eckel's mindview）

0 引言

0.1 目的

       本文档给出设计模式之——Observer模式的简化诠释，并给出其C++实现。

0.2 说明

Project	Design Pattern Explanation（By K_Eckel）
Authorization	Free Distributed but Ownership Reserved
Date	2005-04-05（Cherry blossom is Beautiful）
Test Bed	MS Visual C++ 6.0

0.3 参考

       在本文档的写作中，参考了以下的资源，在此列出表示感谢：

u       书籍

[GoF 2000]：GoF,Design Patterns-Elements of Reusable Object-Oriented Software

Addison-Wesley 2000/9.

        [Martine 2003]：Robert C.Martine, Agile Software Development Principles, Patterns, and Practices, Pearson Education, 2003.

0.4 联系作者

Author	K_Eckel
State	Candidate for Master’s Degree School of Computer Wuhan University
E_mail	frwei@whu.edu.cn

2 Observer模式

2.1 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（Observer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。

2.2 模式选择

       Observer模式典型的结构图为：

图2-1：Observer Pattern结构图

       这里的目标Subject提供依赖于它的观察者Observer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Observer则提供一个Update操作，注意这里的Observer的Update操作并不在Observer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Observer进行修改（调用Update）。

2.3 实现

2.3.1 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;
}

2.3.2 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”。

2.4 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：

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）。