观察者模式

1.动机

• 建立一种对象与对象之间的依赖关系，一个对象发生改变时将自动通知其他对象，其他对象将相应做出反应。在此，发生改变的对象称为观察目标，而被通知的对象称为观察者，一个观察目标可以对应多个观察者，而且这些观察者之间没有相互联系，可以根据需要增加和删除观察者，使得系统更易于扩展。

2.定义

• 观察者模式(Observer Pattern)：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。当一个对象发生了变化，关注它的对象就会得到通知；这种交互也称为发布-订阅(publish-subscribe)。目标是通知的发布者，它发出通知时并不需要知道谁是它的观察者。
• 不管是折线图、饼状图，还是柱状图，它们都依赖于数据；当数据发生变化时，数据对象会通知依赖于它的对象去更新；所以就有了Excel中，当数据发生变化时，对应的统计图也会自动的重绘。

3.结构

Subject（目标）

• 目标知道它的观察者。可以有任意多个观察者观察同一个目标；
• 提供注册和删除观察者对象的接口。

Observer（观察者）

• 为那些在目标发生改变时需获得通知的对象定义一个更新接口。

ConcreteSubject（具体目标）

• 将有关状态存入各ConcreteObserver对象；
• 当它的状态发生改变时，向它的各个观察者发出通知。

ConcreteObserver（具体观察者）

• 维护一个指向ConcreteSubject对象的引用；
• 存储有关状态，这些状态应与目标的状态保持一致；
• 实现Observer的更新接口以使自身状态与目标的状态保持一致。

观察者模式按照以下方式进行协作：

• 当ConcreteSubject发生任何可能导致其观察者与其本身状态不一致的改变时，它将通知它的各个观察者；
• 在得到一个具体目标的改变通知后，ConcreteObserver对象可向目标对象查询信息。ConcreteObserver使用这些信息以使它的状态与目标对象的状态一致。

4.代码分析

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

class Observer
{
public:
    virtual void Update(int) = 0;
    virtual void showState() = 0;
};

class Subject
{
public:
    //添加某个观察者
    virtual void Attach(Observer *) = 0;
    //删除某个观察者
    virtual void Detach(Observer *) = 0;
    virtual void Notify() = 0;
};

class ConcreteObserver : public Observer
{
public:
    ConcreteObserver(Subject *pSubject) : m_pSubject(pSubject){}

    //根据被观察物的状态更新自己的状态
    void Update(int value)
    { 
        state = value;
    }

    void showState()
    {
        cout << "The State of ob:" << state << endl;
    }

private:
    Subject *m_pSubject;
    int state;
};

class ConcreteObserver2 : public Observer
{
public:
    ConcreteObserver2(Subject *pSubject) : m_pSubject(pSubject){}

    //根据被观察物的状态更新自己的状态
    void Update(int value)
    {
        state = value;
    }

    void showState()
    {
        cout << "The State of ob2:"  << state << endl;
    }

private:
    //指向一个物体
    Subject *m_pSubject;
    int state;
};

class ConcreteSubject : public Subject
{
public:
    void Attach(Observer *pObserver);
    void Detach(Observer *pObserver);
    void Notify();

    void SetState(int state)
    {
        m_iState = state;
    }

private:
    //拥有的观察者
    list<Observer *> m_ObserverList;
    //当前物体的状态
    int m_iState;
};

void ConcreteSubject::Attach(Observer *pObserver)
{
    m_ObserverList.push_back(pObserver);
}

void ConcreteSubject::Detach(Observer *pObserver)
{
    m_ObserverList.remove(pObserver);
}

//更新所有观察者的状态
void ConcreteSubject::Notify()
{
    list<Observer *>::iterator it = m_ObserverList.begin();
    while (it != m_ObserverList.end())
    {
        (*it)->Update(m_iState);
        ++it;
    }
}

int main()
{
    // 创建一个实体
    ConcreteSubject *pSubject = new ConcreteSubject();

    // 创建所属该实体的观察者
    Observer *pObserver = new ConcreteObserver(pSubject);
    Observer *pObserver2 = new ConcreteObserver2(pSubject);

    // 设置物体状态
    pSubject->SetState(2);

    // 注册该物体的观察者
    pSubject->Attach(pObserver);
    pSubject->Attach(pObserver2);
    
    //更新观察者的状态
    pSubject->Notify();
    pObserver->showState();
    pObserver2->showState();

    // 删除观察者
    pSubject->Detach(pObserver);

    //更新物体状态
    pSubject->SetState(3);
    //更新观察者状态
    pSubject->Notify();
    pObserver->showState();
    pObserver2->showState();

    delete pObserver;
    delete pObserver2;
    delete pSubject;

    system("pause");
    return 0;
}

5.模式分析

• 观察者模式描述了如何建立对象与对象之间的依赖关系，如何构造满足这种需求的系统。
• 这一模式中的关键对象是观察目标和观察者，一个目标可以有任意数目的与之相依赖的观察者，一旦目标的状态发生改变，所有的观察者都将得到通知。
• 作为对这个通知的响应，每个观察者都将即时更新自己的状态，以与目标状态同步，这种交互也称为发布-订阅(publishsubscribe)。目标是通知的发布者，它发出通知时并不需要知道谁是它的观察者，可以有任意数目的观察者订阅它并接收通知。

6.优点

• 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离，并定义了稳定的消息更新传递机制，抽象了更新接口，使得可以有各种各样不同的表示层作为具体观察者角色。
• 观察者模式在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合。
• 观察者模式支持广播通信。
• 观察者模式符合“开闭原则”的要求。

7.缺点

• 如果一个观察目标对象有很多直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。
• 如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。
• 观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

8.适用环境

• 一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面。将这些方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用。
• 一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变，可以降低对象之间的耦合度。
• 一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁。
• 需要在系统中创建一个触发链，A对象的行为将影响B对象，B对象的行为将影响C对象……，可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。