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C语言实现行为型模式：策略、模板方法、观察者

导读：行为型设计模式关注对象之间的通信与职责分配。本文介绍策略、模板方法、观察者、迭代器、责任链、命令六种模式，全部代码可直接编译运行。

一、原理简析

行为型模式关注对象之间的通信与职责分配，让对象之间的交互更加灵活和可维护。

六种模式对比：

模式	核心作用	解决问题
策略	算法封装切换	消除if-else分支
模板方法	算法骨架	部分步骤可变
观察者	一对多通知	状态同步
迭代器	顺序访问	遍历封装
责任链	链式处理	请求传递
命令	请求封装	解耦发送者和接收者

二、实操步骤

2.1 策略模式：算法封装切换

#include <stdio.h>

typedef struct Strategy {
    int (*Calc)(int, int);
} Strategy;

int AddCalc(int a, int b) { return a + b; }
int SubCalc(int a, int b) { return a - b; }
int MulCalc(int a, int b) { return a * b; }

typedef struct Context {
    Strategy *st;
    int (*DoCalc)(struct Context*, int, int);
} Context;

int DoCalc(Context* c, int a, int b) {
    return c->st->Calc(a, b);
}

int main(void) {
    Strategy add = {AddCalc};
    Strategy sub = {SubCalc};
    Context ctx = {0};
    ctx.DoCalc = DoCalc;

    ctx.st = &add;
    printf("10 + 5 = %d\n", ctx.DoCalc(&ctx, 10, 5));

    ctx.st = &sub;
    printf("10 - 5 = %d\n", ctx.DoCalc(&ctx, 10, 5));

    return 0;
}

2.2 模板方法模式：算法骨架

#include <stdio.h>

typedef struct Template {
    void (*Step1)(void);
    void (*Step2)(void);
    void (*Run)(struct Template*);
} Template;

void TemplateRun(Template* t) {
    printf("流程开始\n");
    t->Step1();
    t->Step2();
    printf("流程结束\n");
}

void Step1A(void) { printf("步骤1A：初始化\n"); }
void Step2A(void) { printf("步骤2A：处理\n"); }

int main(void) {
    Template A = {Step1A, Step2A, TemplateRun};
    A.Run(&A);
    return 0;
}

2.3 观察者模式：一对多通知

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define MAX_OBS 5

typedef struct Observer Observer;
typedef struct Subject {
    char state[20];
    Observer* obs[MAX_OBS];
    int count;
    void (*Attach)(struct Subject*, Observer*);
    void (*Notify)(struct Subject*);
} Subject;

struct Observer {
    char name[20];
    void (*Update)(Observer*, const char*);
};

void SubjectAttach(Subject* s, Observer* o) {
    s->obs[s->count++] = o;
}

void SubjectNotify(Subject* s) {
    printf("发布者：状态 [%s]\n", s->state);
    for(int i=0; i<s->count; i++) {
        s->obs[i]->Update(s->obs[i], s->state);
    }
}

void ObserverUpdate(Observer* o, const char* state) {
    printf("  [%s] 收到：%s\n", o->name, state);
}

三、对比表格

策略模式
算法切换 | 函数指针数组 | 消除分支

↓

模板方法
算法骨架 | 继承+钩子 | 步骤可变

↓

观察者模式
一对多 | 注册回调 | 状态同步

四、核心流程图

flowchart TB subgraph 行为型上["行为型模式（上）"] A["策略模式 算法切换"] B["模板方法 骨架固定"] C["观察者模式 一对多通知"] D["迭代器模式 顺序访问"] E["责任链模式 链式处理"] F["命令模式 请求封装"] end A --> B --> C --> D --> E --> F

五、常见问题解决

问题	原因	解决方案
策略vs状态	目的混淆	策略客户选，状态自动切
观察者内存泄漏	未注销观察者	记得调用Detach
责任链死循环	next指针闭环	检查指针设置

六、总结

本文介绍了6种行为型设计模式。行为型模式关注对象间的通信，让系统更加灵活和解耦。

来自 linuxros.cn · linuxROS

核心要点：
- 策略：算法可切换，消除if-else
- 模板方法：骨架固定，步骤可变
- 观察者：状态变化自动通知
- 迭代器：遍历封装，不暴露内部
- 责任链：请求沿链传递
- 命令：请求封装，解耦发送接收

下期预告：《C语言实现行为型模式：备忘录、状态、访问者、中介者、解释器》—— 剩余5种行为型模式。

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