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

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。
, Q7 I9 F& U( H+ L% Z' P8 n: C& _

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。
  ! Q. D" O" r% B8 ~2 S6 A. u- r* }

+ {) Z. T: L7 e$ v0 p: a

场景案例

" |/ D9 B! I/ A( k) V* T

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()
{
  q% u: k/ d0 T* I) f. N. g, C...
$ R- u% ~8 K/ {1 j/ _+ R  //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
- g$ n- t/ o8 q: U. [; S  notify_module2 = 1;
- x% Z; }. R+ t/ {- b  //通过设置全局变量来通知子模块三
% Q% V2 }" }/ A  notify_module3 = 1;
...
}

4 X. Z( b, o4 l0 m5 D% k5 M2 l: m...
//主函数,创建多个线程来处理不同任务
int main()
) t# ]3 d. q2 D" l4 A{
...
% R: e" j& A2 @' ?  R//线程1(子模块一)
create_thread1();
//线程2(子模块二)
create_thread2();
5 d0 H: u8 @7 p, F- o! E//线程3(子模块三)
create_thread3();
$ k+ a6 U, E- r...
& ?/ f  B9 E1 J
, G" E* `8 c2 C}
) _6 Z" W% g/ H! M" H, E. l

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。

2 }& w% I& j; e  g% {+ H* }& R. l

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
, C! ^, S- F/ K1 h) N#define num 3
6 _8 n2 E" U" a9 V/ \- F# y, N* ]
//定义观察对象
typedef struct object
{
   //定义观察对象的通知接口
   void (*update)();
}Object;

  ^' e2 o( R1 V3 u& Q7 A//定义观察者模块
typedef struct observer
' q  j9 ?. P; J* Q{
   Object* objectList[num];
; Q1 K+ }/ o8 ^6 w}Observer;

7 W0 T% `, {. K6 L2 e6 J7 O//定义一个观察者模块
3 }( @" b2 r( T( n" iObserver aobserver;
//主函数,创建多个线程来处理不同任务
int main()
{
9 A6 V5 J* I+ ]# Y% m8 P1 l! |( \; C2 B//初始化各个观察对象
! F& R$ G2 i' n5 t0 v" E2 e# iaobserver.objectList[0]->update = Update_module1;
3 {& Y! Z( q9 u0 b/ M6 I8 i' Kaobserver.objectList[1]->update = Update_module2;
aobserver.objectList[2]->update = UpdateUpdate_module3;
& G' f) a1 k" a1 l3 b...
5 W) k! {: e. D9 p; T" h/ n: ^  `5 R//线程1(子模块一)
create_thread1();
: [7 F% N# i5 c+ z& _//线程2(子模块二)
9 z$ C" k. h: w! k1 V3 G' ?5 ~1 Pcreate_thread2();
//线程3(子模块三)
create_thread3();
...
; V, b2 Y+ ?$ M! Q
) j9 G9 Z5 c4 G+ ^- n$ }}
//串口中断
9 Y' z% A+ H! b2 r& z4 {9 n  Nurat_isr()
{
...
' K' J( Q6 i5 j1 B2 [/ b for(i = 0; i < num; i++)
9 Z. `5 j( Q& e   aobserver.objectList->update();
) F. K; U9 p: F: l8 p...
}
& J. F' g! b- Q' M) T( Z
& O: e- `; f5 \. A, p! V

各个子模块的通知接口，可以像这样子来实现:

//module1通知接口
) k8 z3 b  s5 a6 L- Jvoid Update_module1()
{
  //通过设置全局变量来通知子模块一
0 R' V8 {5 l2 M5 w6 \! {8 p  notify_module1 = 1;
6 r3 z  r5 H: E1 x; c; a! K}
4 P! {( p+ p" N# K% j# w
  W# j3 e" q. c% d* q8 ^//module2通知接口
void Update_module2()
5 s1 f& D' c' f0 V9 n+ ^0 N/ m{
2 A% r( n; |0 Y6 p: Q  //通过设置全局变量来通知子模块一
  notify_module2 = 1;
}
& W3 Z+ A( s2 X8 G) O$ K
//module3通知接口
void Update_module3()
( D- B, i" c4 `* E9 x( k{
: k5 C4 S* |6 s/ L$ Q) j+ a4 `0 M  //通过设置全局变量来通知子模块一
  notify_module3 = 1;
}

总结

4 K& q* \- K/ G0 n% @3 s% e

: h* W; |( ]* H  T. A0 {  k

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。

  
  ) s2 H) H1 \& |5 \* e

& {& K1 ~0 o  q1 g, |0 e8 f8 p/ w