C++设计模式（四）——观察者模式

vlambda
2022-02-09

C++设计模式（四）——观察者模式

C++设计模式（四）——观察者模式（事件模式）

观察者模式应用的动机

在软件构建过程中，我们需要为某些对象建立一种“通知依赖关系” ——一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知。如果这样的依赖关系过于紧密，将使软件不能很好地抵御变化。使用面向对象技术，可以将这种依赖关系弱化，并形成一种稳定的依赖关系。从而实现软件体系结构的松耦合。首先看一个文件分割器软件开发的应用场景，该场景是将一个大的文件分割成若干个小文件，并且带用户界面，根据这样的需求，就可以写出如下所示的代码：文件FileSplitter.cpp

class FileSplitter
{
 string m_filePath;// 文件路径
 int m_fileNumber;// 分割成目标文件的个数

public:
 FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, ProgressBar* progressBar) :
  m_filePath(filePath), 
  m_fileNumber(fileNumber){

}

 void split(){

  //1.读取大文件

  //2.分批次向小文件中写入
  for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
   //...(在这里添加一些处理流程)
  }

}
};

文件MainForm.cpp

class MainForm : public Form
{
 TextBox* txtFilePath; // 分割文件的路径
 TextBox* txtFileNumber; // 分割文件的个数
 ProgressBar* progressBar;

public:
 void Button1_Click(){

  string filePath = txtFilePath->getText();
  int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());

  FileSplitter splitter(filePath, number, progressBar);

  splitter.split();

}
};

由于文件尺寸大，有时分割需要很长的时间，为了更直观的看到文件分割器的分割状态，需要加一个进度条是一个很自然而然的需求，所以根据需求，可以朴素的写出以下的代码：

文件FileSplitter.cpp

class FileSplitter
{
 string m_filePath;// 文件路径
 int m_fileNumber;// 分割成目标文件的个数

public:
 FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, ProgressBar* progressBar) :
  m_filePath(filePath), 
  m_fileNumber(fileNumber){

}

 void split(){

  //1.读取大文件

  //2.分批次向小文件中写入
  for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
   //...(在这里添加一些处理流程)
  }

}
};

class FileSplitter
{
 string m_filePath;
 int m_fileNumber;
 ProgressBar* m_progressBar;

public:
 FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, ProgressBar* progressBar) :
  m_filePath(filePath), 
  m_fileNumber(fileNumber),
  m_progressBar(progressBar){

}

 void split(){

  //1.读取大文件

  //2.分批次向小文件中写入
  for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
   //...
            
            // 更新进度条
   float progressValue = m_fileNumber;
   progressValue = (i + 1) / progressValue;
   m_progressBar->setValue(progressValue);
  }

}
};

文件MainForm.cpp

class MainForm : public Form
{
 TextBox* txtFilePath; // 分割文件的路径
 TextBox* txtFileNumber; // 分割文件的个数
 ProgressBar* progressBar;

public:
 void Button1_Click(){

  string filePath = txtFilePath->getText();
  int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());

  FileSplitter splitter(filePath, number, progressBar);

  splitter.split();

}
};

代码分析：这种做法很直观，但存在一定的问题。这种做法违背了依赖倒置原则，ProgressBar* m_progressBar;对编译产生依赖，设想该应用将来可能产生的变化，例如该程序被改为一个控制台应用程序，需要在终端中打印出点来记录进度，或通过打印数字的方式来表示文件分割器的文件分割状态。如何重构代码以适应这些需求的变化？

利用观察者模式修改后的代码：文件FileSplitter.cpp

class IProgress{
public:
 virtual void DoProgress(float value) = 0;
 virtual ~IProgress(){}
};


class FileSplitter
{
 string m_filePath;
 int m_fileNumber;

 List<IProgress*>  m_iprogressList; // 抽象通知机制，支持多个观察者

public:
 FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber) :
  m_filePath(filePath), 
  m_fileNumber(fileNumber){

}


 void split(){

  //1.读取大文件

  //2.分批次向小文件中写入
  for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
   //...

   float progressValue = m_fileNumber;
   progressValue = (i + 1) / progressValue;
   onProgress(progressValue);//发送通知
  }

}


 void addIProgress(IProgress* iprogress){
  m_iprogressList.push_back(iprogress);
}

 void removeIProgress(IProgress* iprogress){
  m_iprogressList.remove(iprogress);
}


protected:
 virtual void onProgress(float value){
  
  List<IProgress*>::iterator itor = m_iprogressList.begin();

        // 利用迭代器遍历List中的每一种进度条，并执行DoProgress更新进度条的值
  while (itor != m_iprogressList.end() )
   (*itor)->DoProgress(value); //更新进度条
   itor++;
  }
}
};

文件MainForm.cpp

class MainForm : public Form, public IProgress
{
 TextBox* txtFilePath;
 TextBox* txtFileNumber;

 ProgressBar* progressBar;

public:
 void Button1_Click(){

  string filePath = txtFilePath->getText();
  int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());

  ConsoleNotifier cn;

  FileSplitter splitter(filePath, number);

  splitter.addIProgress(this); //订阅通知
  splitter.addIProgress(&cn)； //订阅通知
  splitter.split();
  splitter.removeIProgress(this);
}
    
    // 实现IProgress中的纯虚函数
 virtual void DoProgress(float value){
  progressBar->setValue(value);
}
};
// 一个Console的Observer
class ConsoleNotifier : public IProgress {
public:
 virtual void DoProgress(float value){
  cout << ".";
}
};

代码分析：定义一个IProgress的接口类，并在类FileSplitter类中添加了以个成员变量List<IProgress*> m_iprogressList;，之所以使用一个list来放，是为了支持不同的进度条类型。对于MainForm的类而言，利用多继承的方式同时继承了Form和IProgress两个类，实际开发中并不推荐过多的使用多继承，C++推荐的多继承方式是，继承一个主的继承类和一个接口类。MainForm类中实现了IProgress类的纯虚函数。这样，文件分割类没有关联任何的界面类，FileSplitter类的应用就可以得到更好的扩展。

GOF对观察者模式的定义和结构

定义对象间的一种一对多（变化）的依赖关系，以便当一个对象(Subject)的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。观察者模式的UML结构图如下所示：

观察者模式要点总结

使用面向对象的抽象，Observer模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，从而使二者之间的依赖关系达致松耦合。
目标发送通知时，无需指定观察者，通知（可以携带通知信息作为参数）会自动传播。
观察者自己决定是否需要订阅通知，目标对象对此一无所知。
Observer模式是基于事件的UI框架中非常常用的设计模式，也是MVC模式的一个重要组成部分。

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