掌握观察者模式：增强代码的灵活性和可维护性
原创
一、背景
通过一个例子，一步步演变出一个设计模式。
气象站发布气象资料给数据中心，数据中心经过处理，将气象信息更新到多个不同的显示终端（A 和B等等）。
此系统包含三个部分：气象站（获取实际气象数据的物理装置）、数据中心（追踪来自气象站的数据，并更新显示装置）、显示装置（显示目前天气状况给用户看）。
如果要实现这个项目，需要建立一个应用，利用数据中心对象取得数据，并更新显示装置。因此我们首先想到这个一个类模型：
getTemperature()、getHumidity()、getPressure()三个方法获取气象测试数据。 一旦气象测试数据准备妥当要更新时，measurtementsChanged()会被调用；不在乎是如何调用的，只在乎它被调用。 主要工作是实现measurtementsChanged()，好让它更新目前气象数据到显示装置。
二、一个错误示范
按照上述模型，我们可能想到在measurtementsChanged()中添加推送代码。
class DataCenter{
public:
// 实例变量声明
void measurtementsChanged()
{
float temp=getTemperature();
float humidity=getHumidity();
float pressure=getPressure();
// 更新显示终端
DisplayA->update(temp,humidity,pressure);
DisplayB->update(temp,humidity,pressure);
DisplayC->update(temp,humidity,pressure);
// ...
}
// 其他方法
}这有什么问题呢？针对具体实现编程，会导致我们以后在增加或删除显示装置时必须修改程序。 怎么改进呢？可以看到，更新显示终端的接口像是一个统一接口，update的参数都是一样的；可以试试将改变的地方封装起来。
三、认识观察者模式
先了解报纸和杂志的订阅流程。 （1）报社的业务是出版报纸。 （2）向某报社订阅报纸，只要他们有新报纸出版，就会给你送过来。只要你一直是他们的订阅客户，你就会一直收到新报纸。 （3）当不想再看报纸时，取消订阅，他们就不会再送报纸过来。 （4）只要报社还在运营，就会一直有人向他们订阅报纸或取消订阅报纸。
观察者模式就如同上述一样，出版者就是“主题”，订阅者就是“观察者”；即出版者+订阅者=观察者模式。
（1）主题对象管理着某些数据。 （2）当主题内的数据改变了，就会通知观察者；新的数据会以某种形式送到观察者手里。 （3）观察者已经订阅（注册）主题以便在主题数据改变时能够收到更新。 （4）未订阅的对象不是观察者，所以主题数据改变时不会被通知。
观察者模式的执行过程：
四、定义观察者模式
勾勒观察者模式时，可以利用报纸订阅服务，以及出版者和订阅者比拟这一切。
4.1、定义
观察者模式定义了对象之间一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。
主题和观察者定义了一对多的关系。观察者依赖主题，只要主题状态一有变化，观察者就会被通知。根据通知的风格，观察者可能因此新值而更新。
实现观察者模式的方法不止一种，但是，以包含subject与observer接口的类设计的做法最常见。
4.2、类图
（1）主题接口，对象使用此接口注册为观察者，或者把自己从观察者中移除。 （2）每个主题可以有许多观察者。 （3）所有潜在的观察者必须实现观察者接口，这个接口只有update()方法，当主题状态改变时它被调用。 （4）一个具体的主题总是实现主题接口，除了注册和撤销方法之外，具体主题还实现了notifyObserver()方法，此方法用于在状态改变时更新所有当前观察者。 （5）具体的主题也可能有设置和获取状态的方法。 （6）具体的观察者可以是实现ConcreteObserver接口的任意类。观察者必须注册具体主题，以便接收更新。
4.3、松耦合
当两个对象之间松耦合，它们依然可以交互，但不清楚彼此的细节。 观察者模式提供了一种对象设计，让主题和观察者之间松耦合。 （1）关于观察者的一切，主题只知道观察者实现了某个接口（Observer接口）。主题不需要知道观察者具体是谁、做了什么等。 （2）任何时候都可以增加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现Observer接口的对象列表，所以可以随时增加观察者。事实上，运行时可以用新的观察者取代现有的观察者，主题不会受到任何影响；同样，也可以在任何时候移除某些观察者。 （3）有新类型的观察者出现时，主题代码不需要改变。假如有新的具体类需要当观察者，不需要为了兼容新类型而修改主题代码，所有要做的就是在新类中实现观察者接口，然后注册为观察者即可；主题只会发送通知给所有实现观察者接口的对象。 （4）可以独立的复用主题或观察者。如果在其他地方需要使用主题或观察者，可以轻易的复用，因为两者并非紧耦合。 （5）改变主题或观察者其中一方，不会影响另一方。因为两者是松耦合的，所以只要它们之间的接口仍然被遵守，就可以自由的改变它们
松耦合的设计之所以能让我们建立弹性的OO系统，能够应对变化，是因为对象之间的互相依赖降到了最低。
五、设计气象站
（1）Subject是主题接口。 （2）所有的气象组件都实现Observer观察者接口。这样，主题在需要通知观察者时，有了一个共同的接口。 （3）DisplayElement是显示接口，显示装置只需要实现display()方法。 （4）WeatherData实现Subject接口。 （5）CurrentConditionsDisplay显示装置根据WeatherData对象显示当前观测值；StatisticsDisplay跟踪显示最小、平均和最大观测值值等。
六、实现气象站
6.1、实现接口类
class Observer {
public:
virtual void update(float temp, float humidity, float pressure) {
// 气象观测值改变时，将相关值作为参数传给观察者。
// 所有的观察者都必须实现此方法，以实现观察者接口。
}
};
class Subject {
public:
virtual void registerObserver(Observer o) {
// 需要观察者作为变量，用来注册
}
virtual void removeObserver(Observer o) {
// 需要观察者作为变量，用来移除
}
virtual void notifyObservers() {
// 主题状态变化调用此方法，通知所有观察者
}
};
class DisplayElement {
public:
virtual void display() {
// 显示装置需要显示时调用此方法。
}
};思考：把观察值直接传给观察者是否合理呢？这些观测值未来会改变吗？如果以后会改变，这些变化是否被很好的封装？或者是需要修改许多代码才能办到？
6.2、实现主题接口
// 实现Subject的接口
class WeatherData : public Subject {
private:
std::list<Observer*> obs;// 记录观察者
float temperature=0;
float humidity=0;
float pressure=0;
public:
void registerObserver(Observer* o)
{
obs.emplace_back(o);
cout << "add observer";
cout << o << endl;
}
void removeObserver(Observer* o)
{
obs.remove(o);
}
void notifyObservers()
{
// 把状态告诉所有的观察者
for (auto iter : obs)
{
cout << "notifyObservers";
cout << iter << endl;
iter->update(temperature, humidity, pressure);
}
}
void measurtementsChanged()
{
notifyObservers();
}
void setMeasurtements(float temp, float humidity, float pressure)
{
this->temperature = temp;
this->humidity = humidity;
this->pressure = pressure;
measurtementsChanged();
}
};6.3、建立显示装置
显示装置 实现Observer的接口，可以从WeatherData对象中获得改变。 显示装置 实现DisplayElement的接口。
// 显示装置 实现Observer的接口，可以从WeatherData对象中获得改变
// 显示装置 实现DisplayElement的接口
class CurrentConditionsDisplay :public Observer, public DisplayElement {
private:
float temperature = 0;
float humidity = 0;
float pressure = 0;
public:
// 把数据保存下来，用于显示
void update(float temp, float humidity, float pressure)
{
this->temperature = temp;
this->humidity = humidity;
this->pressure = pressure;
display();
}
// 显示气象数据
void display()
{
cout << "Current conditions: " << endl;
cout << temperature;
cout << " F degrees and ";
cout << humidity;
cout << " % humidity and ";
cout << pressure;
cout << " humidity" << endl;
}
};
class StatisticsDisplay :public Observer, public DisplayElement {
private:
float temperature = 0;
float humidity = 0;
float pressure = 0;
int count = 0;
public:
// 把数据保存下来，用于显示
void update(float temp, float humidity, float pressure)
{
count++;
this->temperature += temp;
this->humidity += humidity;
this->pressure += pressure;
display();
}
// 显示气象数据
void display()
{
cout << "Current conditions average value: " << endl;
cout << temperature / count;
cout << " F degrees and ";
cout << humidity / count;
cout << " % humidity and ";
cout << pressure / count;
cout << " humidity" << endl;
}
};七、完整示例代码
测试我们的观察者模式。
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
class Observer {
public:
virtual void update(float temp, float humidity, float pressure) {
// 气象观测值改变时，将相关值作为参数传给观察者。
// 所有的观察者都必须实现此方法，以实现观察者接口。
}
};
class Subject {
public:
virtual void registerObserver(Observer o) {
// 需要观察者作为变量，用来注册
}
virtual void removeObserver(Observer o) {
// 需要观察者作为变量，用来移除
}
virtual void notifyObservers() {
// 主题状态变化调用此方法，通知所有观察者
}
};
class DisplayElement {
public:
virtual void display() {
// 显示装置需要显示时调用此方法。
}
};
// 实现Subject的接口
class WeatherData : public Subject {
private:
std::list<Observer*> obs;// 记录观察者
float temperature=0;
float humidity=0;
float pressure=0;
public:
void registerObserver(Observer* o)
{
obs.emplace_back(o);
cout << "add observer";
cout << o << endl;
}
void removeObserver(Observer* o)
{
obs.remove(o);
}
void notifyObservers()
{
for (auto iter : obs)
{
cout << "notifyObservers";
cout << iter << endl;
iter->update(temperature, humidity, pressure);
}
}
void measurtementsChanged()
{
notifyObservers();
}
void setMeasurtements(float temp, float humidity, float pressure)
{
this->temperature = temp;
this->humidity = humidity;
this->pressure = pressure;
measurtementsChanged();
}
};
// 显示装置 实现Observer的接口，可以从WeatherData对象中获得改变
// 显示装置 实现DisplayElement的接口
class CurrentConditionsDisplay :public Observer, public DisplayElement {
private:
float temperature = 0;
float humidity = 0;
float pressure = 0;
public:
// 把数据保存下来，用于显示
void update(float temp, float humidity, float pressure)
{
this->temperature = temp;
this->humidity = humidity;
this->pressure = pressure;
display();
}
// 显示气象数据
void display()
{
cout << "Current conditions: " << endl;
cout << temperature;
cout << " F degrees and ";
cout << humidity;
cout << " % humidity and ";
cout << pressure;
cout << " humidity" << endl;
}
};
class StatisticsDisplay :public Observer, public DisplayElement {
private:
float temperature = 0;
float humidity = 0;
float pressure = 0;
int count = 0;
public:
// 把数据保存下来，用于显示
void update(float temp, float humidity, float pressure)
{
count++;
this->temperature += temp;
this->humidity += humidity;
this->pressure += pressure;
display();
}
// 显示气象数据
void display()
{
cout << "Current conditions average value: " << endl;
cout << temperature / count;
cout << " F degrees and ";
cout << humidity / count;
cout << " % humidity and ";
cout << pressure / count;
cout << " humidity" << endl;
}
};
/**********************测试**********************/
int main()
{
WeatherData wd;
Observer *ccd = new CurrentConditionsDisplay();
Observer *sd = new StatisticsDisplay();
wd.registerObserver(ccd);
wd.registerObserver(sd);
wd.setMeasurtements(80, 65, 30.5f);
wd.setMeasurtements(88, 78, 27.5f);
wd.removeObserver(ccd);
wd.setMeasurtements(72, 95, 8.9f);
delete sd;
delete ccd;
return 0;
}八、总结
观察者模式有很多的实现方式，示例只是简单的一种，但是，麻雀虽小五脏俱全。
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