设计模式——组件协作模式之观察者模式

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前言

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一、“组件协作” 模式

• 现代软件专业分工之后的第一个结果是 “框架与应用程序的划分”，“组件协作” 模式通过晚期绑定，来实现框架与应用程序之间的松耦合，是二者之间协作时常用的模式。
• 典型模式
  • Template Method
  • Observer / Event
  • Strategy

二、Observer 观察者模式

1、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。

2、模式定义

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。

3、伪代码示例

需求：在一个文件分割器的项目上，增加分割文件时进度条的展示

①、第一种方案，最朴素的方式

FileSplitter1.cpp

//FileSplitter1.cpp
class FileSplitter
{string m_filePath;int m_fileNumber;ProgressBar* m_progressBar; //注：ProgressBar是实现细节，容易变化。是个通知控件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++){//...if (m_progressBar != nullptr) {m_progressBar->setValue((i + 1) / m_fileNumber); // 更新进度条}}}
};

MainForm1.cpp

//MainForm1.cpp
class MainForm : public Form
{TextBox* txtFilePath; // 希望分割的文件路径TextBox* txtFileNumber;	// 希望分隔的文件个数ProgressBar* progressBar;public:void Button1_Click(){string filePath = txtFilePath->getText();int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());FileSplitter splitter(filePath, number, progressBar);splitter.split();}
};

存在的问题：违背了 DIP 原则，如果 A 依赖于 B ——编译时“依赖”，即 A 编译的时候 B 要存在。

②、第二种方案，重构使得遵循DIP原则：

FileSplitter2.cpp

//FileSplitter2.cpp
class IProgress{
public:virtual void DoProgress(float value)=0;virtual ~IProgress(){}
};class FileSplitter
{string m_filePath;int m_fileNumber;//ProgressBar* m_progressBar; //注：ProgressBar是实现细节，容易变化。 是个具体通知控件IProgress* m_iprogress;  // 抽象通知组件
public:FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, IProgress* iprogress;) :m_filePath(filePath), m_fileNumber(fileNumber),m_iprogress(iprogress){}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;m_iprogress->DoProgress(progressValue); //更新进度条}}
};

MainForm2.cpp

//MainForm2.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());FileSplitter splitter(filePath, number, this);  splitter.split();}virtual void DoProgress(float value) {progressBar->setValue(value);}
};

方案一是直接去控制进度条，方案二是给你一个接口，我会通过这个接口告诉你现在的进度，但是你怎么显示这个进度就看你接口内部的具体实现

③、进一步的小优化：

FileSplitter2.cpp

//FileSplitter2.cpp
class IProgress{
public:virtual void DoProgress(float value)=0;virtual ~IProgress(){}
};class FileSplitter
{string m_filePath;int m_fileNumber;//ProgressBar* m_progressBar; //注：ProgressBar是实现细节，容易变化。是个具体通知控件IProgress* m_iprogress; // 抽象通知组件
public:FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, IProgress* iprogress;) :m_filePath(filePath), m_fileNumber(fileNumber),m_iprogress(iprogress){}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); }}
protected:virtual void onProgress(float value) {	// 以供子类去改写if (m_iprogress != nullptr) {m_iprogress->DoProgress(value);//更新进度条}}
};

目前的实现只能支持一个观察者，此处就是MainForm。

④、修改使得支持多个观察者：

需求：在已支持进度条展示的文件分割器的项目上，增加一个分隔文件时打点的操作

FileSplitter3.cpp

//FileSplitter3.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.add(iprogress);}void removeIProgress(IProgress* iprogress){m_iprogressList.remove(iprogress);}protected:virtual void onProgress(float value){List<IProgress*>::iterator itor = m_iprogressList.begin();while (itor != m_iprogressList.end() )(*itor)->DoProgress(value); //更新进度条itor++;}}
};

MainForm3.cpp

//MainForm3.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);// MainForm 是子类，this 指向该类，addIProgress 的参数是个基类指针，基类指针可以指向派生类对象splitter.addIProgress(this); //订阅通知splitter.addIProgress(&cn)； //订阅通知splitter.split();splitter.removeIProgress(this);}virtual void DoProgress(float value){progressBar->setValue(value);}
};// 第二个观察者
class ConsoleNotifier : public IProgress {
public:virtual void DoProgress(float value){cout << ".";}
};

4、结构

【注】：

• Observer 对应于 IProgress，Update() 对应于 DoProgress()
• Attach 对应于 addIProgress，Detach 对应于 removeIProgress，Notify 对应于 onProgress, GOF 中建议将这三个方法提出来放到一个父类中，其他的 Subject 继承它，但是此处我们没有将它提出来
• ConcreteSubject 就是 FileSplitter，具体的被观察者；
• ConcreteObserver 对应于 MainForm 和 ConsoleNotifier，具体的观察者。
• 稳定的：Subject、Observer
• 变化的：ConcreteSubject、ConcreteObserver

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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（被观察者）与观察者，从而使二者之间的依赖关系达致松耦合。
• 目标（被观察者）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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