C++观察者模式（发布-订阅）的使用

Posted 2021-06-04 Redamanc

观察者模式 - Observer Pattern

• • 模式简介
  • • 介绍
    • 优点
    • 缺点
  • 代码实现
  • • 场景说明
    • 实现代码
    • 关键解读
    • 运行结果
  • 参考资料

模式简介

观察者模式（Observer Pattern），也叫我们熟知的发布-订阅模式。
它是一种行为型模式。

介绍

观察者模式主要关注的是对象的一对多的关系，
也就是多个对象依赖于一个对象，当该对象的状态发生改变时，其他对象都能够收到相应的通知。

意图：
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。
主要解决：
一个对象状态改变给其他对象通知的问题，而且要考虑到易用和低耦合，保证高度的协作。
如何解决：
使用面向对象技术，可以将这种关系弱化。

优点

1. 观察者和被观察者是抽象耦合的；
2. 建立了一套触发机制。

缺点

1. 如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，通知所有的观察者需要花费很长的时间；
2. 如果在观察者和被观察者目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发他们之间的循环调用，可能会导致系统崩溃；
3. 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，而仅仅是知道观察目标发生了变化。

代码实现

场景说明

我们可以将观察者模式理解为，我们订阅一份报纸。
首先决定订阅报纸的时候，需要去报刊告诉相关工作人员；填写自己订阅的信息，比如想要订阅什么类型的报纸（体育类、财经类等），之后留下自己的住址（这样就可以享受送报上门服务了）。

我们实现的话，可以简单的设置三个观察者，一个主题类（被观察者）。
这三个观察者可以设置自己喜欢的、感兴趣的消息类型（1、2、3）。
他们处理收到的消息就是打印一下自己收到了什么消息。
具体实现如下：

实现代码

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

class Observer
{
public:
	// 处理消息的接口
	virtual void handle(int msgid) = 0;
};
// 第一个观察者实例
class Observer1 :public Observer
{
public:
	void handle(int msgid)
	{
		switch (msgid)
		{
		case 1:
			cout << "Observer1 recv 1 msg!" << endl;
			break;
		case 2:
			cout << "Observer1 recv 2 msg!" << endl;
			break;
		default:
			cout << "Observer1 recv unkown msg!" << endl;
			break;
		}
	}
};
// 第二个观察者实例
class Observer2 :public Observer
{
public:
	void handle(int msgid)
	{
		switch (msgid)
		{
		case 2:
			cout << "Observer2 recv 2 msg!" << endl;
			break;
		default:
			cout << "Observer2 recv unkown msg!" << endl;
			break;
		}
	}
};
// 第三个观察者实例
class Observer3 :public Observer
{
public:
	void handle(int msgid)
	{
		switch (msgid)
		{
		case 1:
			cout << "Observer3 recv 1 msg!" << endl;
			break;
		case 3:
			cout << "Observer3 recv 3 msg!" << endl;
			break;
		default:
			cout << "Observer3 recv unkown msg!" << endl;
			break;
		}
	}
};

// 主题类
class Subject
{
public:
	// 给主题对象增加观察者对象
	void addObserver(Observer* obser, int msgid)
	{
		_subMap[msgid].push_back(obser);
	}
	// 主题发生改变，通知相应的观察者处理事件
	void dispatch(int msgid)
	{
		auto it = _subMap.find(msgid);
		if (it != _subMap.end())
		{
			for (Observer* obs : it->second)
			{
				obs->handle(msgid);
			}
		}
	}
private:
	unordered_map<int, list<Observer*>> _subMap;
};

关键解读

我们可以看到主题类（Subject）的数据成员是一个unordered_map。使用这个是因为我们不需要数据是有序的，为了提高增删查的速率，使用了无序map。
使用map的好处是，它作为一个键值对，可以存储我们想要的数据类型：（消息类型，订阅此消息类型的观察者们）。
因为同样的消息类型，可能有多个观察者，所以，unordered_map的第二个参数我们使用了list，来存储订阅此消息类型的所有观察者。

并且，在主题类（Subject）的成员方法addObserver中，我们使用了一个中括号运算符（[]）重载的特性：
如果当前容器中存有相应的msgid键的话，就直接添加对应的值（Obser）；
如果当前容器中没有相应的msgid键的话，就直接添加该键，并且添加一个默认的值。

这一行代码也可以用下面的代码代替：

auto it = _subMap.find(msgid);
if (it != _subMap.end())
{
	it->second.push_back(obser);
}
else
{
	list<Observer*> lis;
	lis.push_back(obser);
	_subMap.insert({ msgid, lis });
}

不过，一行代码能代替这么多航代码，那肯定还是建议用一行！😃

运行结果

我们使用如下的代码：

int main()
{
	Subject sub;
	Observer* p1 = new Observer1();
	Observer* p2 = new Observer2();
	Observer* p3 = new Observer3();

	sub.addObserver(p1, 1);
	sub.addObserver(p1, 2);
	sub.addObserver(p2, 2);
	sub.addObserver(p3, 1);
	sub.addObserver(p3, 3);

	int msgid = 0;
	for (;;)
	{
		cout << "请输入消息id：";
		cin >> msgid;
		if (msgid == -1)
			break;
		sub.dispatch(msgid);
	}

	return 0;
}

可以看到，首先将每个观察者（p1、p3、p3）所感兴趣的消息，添加到主题类（Subject）中；
之后用户自己输入状态改变信息（mgsid），这个时候主题类Subject通过dispatch方法，通知给所有的观察者。

运行结果如下：

参考资料

【1】观察者模式 | 菜鸟教程