C 語言實現觀察者模式：基於委托/事件機制的完整框架代碼解析

專案背景

在純 C 語言中實現《大話設計模式》中的**觀察者模式**，採用**委托/事件**機制：主題（Subject）維護一個回調函數列表（委托），狀態變更時遍歷呼叫所有觀察者回調。無 C++ 虛函數/繼承，僅用函數指標、結構體、手動內存管理實現完整解耦。

核心架構圖

[Boss (Subject)] ──擁有──→ [Entrust (委托/事件中心)] ──管理──→ [List (回調函數陣列)]
      │                                                    ▲
      │ 通知 (Notify)                                      │ 註冊/移除 (Add/Remove)
      ▼                                                    │
[StockObserver] ◄── 回調 (CloseStock) ◄────────────────────┘
[NBAObserver]   ◄── 回調 (CloseNBA)

關鍵資料結構

1. 動態陣列 List（存儲回調函數指標）

typedef struct _List {
    void **items;      // 函數指標陣列
    int count;         // 當前數量
    void (*Add)(struct _List*, void* func);
    void (*Remove)(struct _List*, void* func);
    void (*Delete)(void* list);
} List;

• Add：重新分配擴容陣列，複製舊項，追加新函數指標，去重。
• Remove：重新分配縮容陣列，跳過目標函數指標。
• Delete：釋放陣列與 List 結構體本身。

2. 委托類 Entrust（事件多播器）

typedef void (*Event)(void*); // 回調簽名：接收觀察者 this 指標

typedef struct _Entrust {
    List *funcList;
    void (*Add)(struct _Entrust*, void* func);
    void (*Remove)(struct _Entrust*, void* func);
    void (*Update)(struct _Entrust*); // 觸發所有回調
    void (*Delete)(void* entrust);
} Entrust;

• Update：遍歷 `funcList`，將每個 `void*` 轉為 `Event` 呼叫：
  `((Event)funcPtr)(funcPtr);` — 傳入函數指標自身作為 `this`（觀察者實例）。

3. 觀察者基礎結構（兩種具體觀察者）

// 看股票同事
typedef struct _StockObserver {
    char *name;
    Boss *subject;
    void (*CloseStock)(void* this); // 回調函數
    void (*Delete)(void* this);
} StockObserver;

// 回調實現
void CloseStock(void* this) {
    StockObserver *self = (StockObserver*)this; // 此處用 ClassEntry 宏更安全
    printf("%s, %s 關閉股票行情，繼續工作\n", 
           self->subject->GetSubjectState(self->subject), self->name);
}

NBAObserver 結構類似，回調為 `CloseNBA`。

4. 主題：Boss（老板）

typedef struct _Boss {
    Entrust *entrust;
    char *action; // 狀態
    char* (*GetSubjectState)(void* this);
    void (*SetSubjectState)(void* this, char* state);
    void (*Notify)(void* this);
    void (*Delete)(void* this);
} Boss;

• Notify：呼叫 `entrust->Update(entrust)` 觸發廣播。

關鍵技術細節

ClassEntry 宏：從成員指標反推結構體基址

#define ClassEntry(ptr, type, member) \
    ((type*)((char*)(ptr) - (unsigned long)(&((type*)0)->member)))

用途：回調函數接收 `void* this`（實為觀察者的成員函數指標），需反推觀察者結構體指標以存取 `name`、`subject` 等欄位。此宏為 C 語言實現「this 指標」的核心技巧。

內存管理：rt-thread 分配器

代碼使用 `rt_malloc`/`rt_free`（RT-Thread OS API），標準 C 環境下替換為 `malloc`/`free` 即可。

客戶端使用範例

void EntrustObs(void) {
    Boss *huhasan = BossCreate(sizeof(Boss));
    StockObserver *wei = StockObserverCreate("魏關姹", huhasan, sizeof(StockObserver));
    NBAObserver *yi = NBAObserverCreate("易管查", huhasan, sizeof(NBAObserver));

    // 註冊觀察者回調到委托
    huhasan->entrust->Add(huhasan->entrust, &(wei->CloseStock));
    huhasan->entrust->Add(huhasan->entrust, &(yi->CloseNBA));

    // 狀態變更並通知
    huhasan->SetSubjectState(huhasan, "我胡漢三回來啦");
    huhasan->Notify(huhasan);

    // 清理
    huhasan->Delete(huhasan);
    wei->Delete(wei);
    yi->Delete(yi);
}

輸出結果

我胡漢三回來啦，魏關姹 關閉股票行情，繼續工作
我胡漢三回來啦，易管查 關閉NBA轉播，繼續工作

設計優缺點分析

改進建議

1. 改用**單向鏈表**實現 List，O(1) 插入刪除，無需重分配。
2. 引入**類型安全回調封裝**：定義具體觀察者介面結構體，避免 `void*` 濫用。
3. 增加**線程安全**：List 操作加互斥鎖，支援多執行緒環境。
4. 使用 **C11 `_Generic`** 或編譯器擴展做有限度類型檢查。

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