c语言中的观察者模式

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gaosmile 发布时间：2020-5-29 12:15

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科普文，给大家介绍观察者模式的使用场合及其优缺点。

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模式动机

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观察者模式是比较常用的设计模式之一，尤其是系统里面涉及到多个复杂子系统时，经常会使用到。
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它就像系统里面某个子模块的跑腿，一旦该子模块发生变化，它就要为这个子模块通知其他的子模块。

一个经典的例子就是我们操作系统所使用到的GUI界面，当我们在GUI系统里面使用各种应用程序时，只需要用鼠标轻轻点击软件右上方的全屏/非全屏，软件里面全部的组件就会进行相应的缩放，这里面使用到的就是观察者模式。

观察者模式定义:

定义对象之间多对一的依赖关系，保证当被依赖的对象发生变化时，所有的依赖者会被自动更新。
当一个对象需要通知另外一些对象，而你无法预知哪些对象将被通知时，通过观察者模式，克制减少对象的偶合关系。
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场景案例

在单片机开发里面，串口通信是很重要的通信手段。在业务代码里面，有很多子模块都关注着串口通信的数据。假设在串口数据来临的时候，我们需要去通知各个子模块。

伪代码实现:

//串口中断
urat_isr()
{
...
  //通过设置全局变量来通知子模块一
  notify_module1 = 1;
  //通过设置全局变量来通知子模块二
  notify_module2 = 1;
  //通过设置全局变量来通知子模块三
  notify_module3 = 1;
...
}

...
//主函数,创建多个线程来处理不同任务
int main()
{
...
//线程1(子模块一)
create_thread1();
//线程2(子模块二)
create_thread2();
//线程3(子模块三)
create_thread3();
...

}

在上面的代码实现中，串口数据发生更新时，通过给各个全局变量置1来通知各个子模块。等到各个子模块得到运行机会后，判断并更新串口通信数据。

在这个实现方案中，串口数据通过全局变量来通知子模块的方式非常死板，一旦需要通知的子模块发生变化，必须要改动串口中断部分代码。

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改进方案

在多个子系统同时监视某一个子系统时，应该添加一个观察者模块，来解开通信引起的子系统耦合。

伪代码实现:

//定义观察对象的数量
#define num 3

//定义观察对象
typedef struct object
{
//定义观察对象的通知接口
void (*update)();
}Object;

//定义观察者模块
typedef struct observer
{
Object* objectList[num];
}Observer;

//定义一个观察者模块
Observer aobserver;
//主函数,创建多个线程来处理不同任务
int main()
{
//初始化各个观察对象
aobserver.objectList[0]->update = Update_module1;
aobserver.objectList[1]->update = Update_module2;
aobserver.objectList[2]->update = UpdateUpdate_module3;
...
//线程1(子模块一)
create_thread1();
//线程2(子模块二)
create_thread2();
//线程3(子模块三)
create_thread3();
...

}
//串口中断
urat_isr()
{
...
for(i = 0; i < num; i++)
aobserver.objectList->update();& d! ?$ e. F# I4 R' X
...- |8 y, _& Z- ~$ i" V: D
}
0 b9 i0 s% N; T, ?; T: k; g$ N* x$ u1 `* N% S

各个子模块的通知接口，可以像这样子来实现:
//module1通知接口
1 z: f  ^. ]0 p( U( Q. c" `void Update_module1()
( ]! P# A8 O0 a/ n{; Z) T+ |9 h* U# k) L7 f
  //通过设置全局变量来通知子模块一& K1 s) `9 n8 m; c- T% {# g8 \3 z: c
  notify_module1 = 1;
5 l3 L7 ]) V$ E7 ?# _! z4 D}$ n% j% o. W* x9 ~9 A

  a5 x, |# E" m' Z+ p( [//module2通知接口& W  c+ o' d0 t+ H; O* O# g! i
void Update_module2()0 @6 x$ a0 c- }5 l$ A. M
{- l! z. ], O2 r' _
  //通过设置全局变量来通知子模块一
( ~, [" G+ u3 T7 G; K& D. _  notify_module2 = 1;+ x5 f6 ?& x0 ]: O
}2 O' X% z/ [+ G

7 W/ U8 K" `7 b" i; K- f//module3通知接口
' [" N  m. Q* I$ U  @/ mvoid Update_module3(): a4 t' E' Q5 j. }
{
0 k" N5 Z$ `/ f$ M9 X0 k  //通过设置全局变量来通知子模块一
6 R" W+ b( X0 G1 {2 z  notify_module3 = 1;
* N% {/ Z: u* F; r6 O}
$ n' p8 u1 z3 E9 a' y1 e# L, X
总结3 h; E  b6 ^5 b' n* q

( c; a; \! g5 y/ M6 ?6 L9 v
3 H% ?/ Q) m# ]( U; c

这就是c语言中的观察者模式，它可以动态地增加、减少观察对象，解除子模块间的直接耦合，可以很好地预防程序需求发生变化。
但是在实际使用过程中，需要考虑一下开发效率和运行效率问题:
一个被观察者，多个观察对象，开发和调试过程中会稍微复杂一些。
通知函数尽可能不要有太大的运行开销，实在需要进行一些耗时的操作，可以考虑引进类似于Linux系统"中断上下文"这样子的机制。

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