上帝视角?C语言之观察者模式

嵌入式ARM 2020-05-29



科普文,给大家介绍观察者模式的使用场合及其优缺点。


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。

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。


场景案例



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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。


改进方案



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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[i]->update();
...
}

各个子模块的通知接口,可以像这样子来实现:

//module1通知接口
void Update_module1()
{
//通过设置全局变量来通知子模块一
notify_module1 = 1;
}

//module2通知接口
void Update_module2()
{
//通过设置全局变量来通知子模块一
notify_module2 = 1;
}

//module3通知接口
void Update_module3()
{
//通过设置全局变量来通知子模块一
notify_module3 = 1;
}


总结



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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。




本文授权转载自公众号“embed linux share”,作者亚索老哥

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