【设计模式】观察者模式及函数式编程的替代C++

本文介绍观察者模式以及使用函数式编程替代简单的策略模式。

观察者模式

观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，其所有依赖者都会收到通知并自动更新。

当对象间存在一对多关系时，则使用观察者模式（Observer

Pattern）。比如，当一个对象被修改时，则会自动通知依赖它的对象。观察者模式属于行为型模式。

简单来说，观察者模式需要多个对象观察同一个对象，被观察的对象称为Subject（主题），Subject需要完成观察者的注册（attach），注销（detach）和通知（notify）三个操作。

首先实现一个公共的Observer父类，这个父类只有一个纯虚函数，用来更新自身状态：

cpp 复制代码

struct Observer
{
public:
    virtual void update() = 0;
};

两个具体的类，实现 update 函数：

cpp 复制代码

struct ConcreteObserver : Observer
{
public:
    void update() override
    {
        std::cout << "State updated!" << std::endl;
    }
};

struct ConcreteObserver2 : Observer
{
public:
    void update() override
    {
        std::cout << "State updated! 2" << std::endl;
    }
};

接下来实现被观察者公共类，包含添加、删除、通知所有观察者三个接口：

cpp 复制代码

struct Subject
{
public:
    virtual void attach(Observer *observer) = 0;
    virtual void detach(Observer *observer) = 0;
    virtual void notify() = 0;
};

具体的被观察者类，实现这三个接口：

cpp 复制代码

struct ConcreteSubject : Subject
{
public:
    void attach(Observer *observer) override
    {
        observers.push_back(observer);
    }

    void detach(Observer *observer) override
    {
        for (auto it = observers.begin(); it != observers.end(); it++)
        {
            if (*it == observer)
            {
                observers.erase(it);
                break;
            }
        }
    }

    void notify() override
    {
        for (auto &observer : observers)
        {
            observer->update();
        }
    }

private:
    std::vector<Observer *> observers;
};

测试代码如下：

cpp 复制代码

int main()
{
    ConcreteSubject subject;
    ConcreteObserver observer1;
    ConcreteObserver2 observer2;

    subject.attach(&observer1);
    subject.attach(&observer2);

    subject.notify();

    subject.detach(&observer1);

    subject.notify();
}

函数式编程下的观察者模式

首先需要介绍下C语言的函数指针。所谓函数指针即定义一个指向函数的指针变量，格式如下：

cpp 复制代码

typedef void (*Callback)();

这样就定义了一个变量名为Callback的指针变量，指向一个参数为void，返回值也为void的函数。我们用这种指针变量，就能将整个观察者类改成函数。

两个观察者函数：

cpp 复制代码

void callback1()
{
    std::cout << "State updated!" << std::endl;
}

void callback2()
{
    std::cout << "State updated! 2" << std::endl;
}

被观察的类。原先调用观察者类的地方全部改为函数调用：

cpp 复制代码

struct ConcreteSubject
{
public:
    void attach(Callback callback)
    {
        observers.push_back(callback);
    }

    void detach(Callback callback)
    {
        for (auto it = observers.begin(); it != observers.end(); it++)
        {
            if (*it == callback)
            {
                observers.erase(it);
                break;
            }
        }
    }

    void notify()
    {
        for (auto &observer : observers)
        {
            observer();
        }
    }

private:
    std::vector<Callback> observers;
};

观察者模式与回调

我给函数指针起名为Callback。事实上，当只有一个观察者的时候，观察者模式的机制就等同于回调模式。因此可以认为，回调模式是一种特殊的观察者模式。