c++命令模式 - 技术栈

一.概念

命令模式（Command Pattern）是一种行为设计模式，它将请求封装为对象，从而使您可以使用不同的请求、队列或日志请求，以及支持可撤销操作。命令模式的主要组成部分包括：

命令接口（Command Interface）：定义一个执行操作的接口。
具体命令（Concrete Command）：实现命令接口，定义与接收者之间的绑定关系。
接收者（Receiver）：知道如何实施与执行相关的操作。
调用者（Invoker）：要求该命令执行请求。
客户端（Client）：创建一个具体命令对象并设置其接收者。

下面是一个简单的 C++ 示例，展示了命令模式的实现：

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <memory>  

// 命令接口  
class Command {  
public:  
    virtual void execute() = 0;  
    virtual ~Command() = default;  
};  

// 接收者  
class Light {  
public:  
    void turnOn() {  
        std::cout << "Light is ON" << std::endl;  
    }  
    void turnOff() {  
        std::cout << "Light is OFF" << std::endl;  
    }  
};  

// 具体命令  
class TurnOnCommand : public Command {  
private:  
    Light& light;  
public:  
    TurnOnCommand(Light& l) : light(l) {}  
    void execute() override {  
        light.turnOn();  
    }  
};  

class TurnOffCommand : public Command {  
private:  
    Light& light;  
public:  
    TurnOffCommand(Light& l) : light(l) {}  
    void execute() override {  
        light.turnOff();  
    }  
};  

// 调用者  
class RemoteControl {  
private:  
    std::unique_ptr<Command> command;  
public:  
    void setCommand(std::unique_ptr<Command> cmd) {  
        command = std::move(cmd);  
    }  
    void pressButton() {  
        if (command) {  
            command->execute();  
        }  
    }  
};  

// 客户端  
int main() {  
    Light livingRoomLight;  

    TurnOnCommand turnOn(livingRoomLight);  
    TurnOffCommand turnOff(livingRoomLight);  

    RemoteControl remote;  

    // 打开灯  
    remote.setCommand(std::make_unique<TurnOnCommand>(livingRoomLight));  
    remote.pressButton();  

    // 关闭灯  
    remote.setCommand(std::make_unique<TurnOffCommand>(livingRoomLight));  
    remote.pressButton();  

    return 0;  
}

代码分析：

命令接口：Command 定义了一个 execute 方法，所有具体命令都需要实现这个方法。
接收者：Light 类有两个方法 turnOn 和 turnOff，用于控制灯的状态。
具体命令：TurnOnCommand 和 TurnOffCommand 类实现了 Command 接口，并持有一个 Light 对象的引用，以便在执行时调用相应的方法。
调用者：RemoteControl 类持有一个命令对象，并在 pressButton 方法中调用该命令的 execute 方法。
客户端：在 main 函数中，创建了 Light 对象和命令对象，并通过 RemoteControl 来执行命令。

这种模式的优点是可以将请求的发送者和接收者解耦，支持命令的撤销和重做等功能。

二.案例分析

1. 工厂类

cpp 复制代码

class DeviceFactory {
public:
    static DeviceFactory& instance() {
        static DeviceFactory instance;
        return instance;
    }

    //这里写的太死了，看命令模式
    Device* createDevice(const DeviceConfig& config) {
        if (config.type() == "万用表") {
            return new MultimeterDevice(QUuid::createUuid().toString(), config);
        } else if (config.type() == "示波器") {
            return new Oscilloscope(QUuid::createUuid().toString(), config);
        }
        return nullptr;
    }

private:
    DeviceFactory() = default;
    DeviceFactory(const DeviceFactory&) = delete;
    DeviceFactory& operator=(const DeviceFactory&) = delete;
};

目前存在的问题：假如我以后要添加新的设备，这个工厂就不在适用了，所以这个工厂并不是一个好的架构。

2. 工厂类优化（命令模式）

为了使 DeviceFactory 更加灵活并支持新的设备类型而不需要修改现有代码，可以使用命令模式和注册机制。通过将设备的创建逻辑从工厂中分离出来，并使用一个注册表来管理设备类型及其对应的创建命令，可以实现更好的扩展性。

实现步骤

定义设备接口：创建一个设备接口，所有设备都需要实现这个接口。
创建命令接口：定义一个命令接口，用于创建设备。
实现具体命令：为每种设备类型实现具体的命令类。
注册机制：使用一个注册表来管理设备类型和对应的命令类。
修改工厂：在工厂中查找注册表并调用相应的命令类。

代码示例

以下是使用命令模式和注册机制的示例代码：

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <memory>  
#include <unordered_map>  
#include <functional>  
#include <QString>  
#include <QUuid>  

// 设备接口  
class Device {  
public:  
    virtual void operate() = 0;  
    virtual ~Device() = default;  
};  

// 具体设备类  
class MultimeterDevice : public Device {  
public:  
    MultimeterDevice(const QString& id, const DeviceConfig& config) {  
        // 初始化万用表  
    }  
    void operate() override {  
        std::cout << "Operating Multimeter" << std::endl;  
    }  
};  

class Oscilloscope : public Device {  
public:  
    Oscilloscope(const QString& id, const DeviceConfig& config) {  
        // 初始化示波器  
    }  
    void operate() override {  
        std::cout << "Operating Oscilloscope" << std::endl;  
    }  
};  

// 设备创建命令接口  
class DeviceCommand {  
public:  
    virtual Device* create(const DeviceConfig& config) = 0;  
    virtual ~DeviceCommand() = default;  
};  

// 具体命令类  
class MultimeterCommand : public DeviceCommand {  
public:  
    Device* create(const DeviceConfig& config) override {  
        return new MultimeterDevice(QUuid::createUuid().toString(), config);  
    }  
};  

class OscilloscopeCommand : public DeviceCommand {  
public:  
    Device* create(const DeviceConfig& config) override {  
        return new Oscilloscope(QUuid::createUuid().toString(), config);  
    }  
};  

// 工厂类  
class DeviceFactory {  
public:  
    static DeviceFactory& instance() {  
        static DeviceFactory instance;  
        return instance;  
    }  

    void registerDevice(const QString& type, std::unique_ptr<DeviceCommand> command) {  
        commands[type] = std::move(command);  
    }  

    Device* createDevice(const DeviceConfig& config) {  
        auto it = commands.find(config.type());  
        if (it != commands.end()) {  
            return it->second->create(config);  
        }  
        return nullptr;  
    }  

private:  
    DeviceFactory() = default;  
    DeviceFactory(const DeviceFactory&) = delete;  
    DeviceFactory& operator=(const DeviceFactory&) = delete;  

    std::unordered_map<QString, std::unique_ptr<DeviceCommand>> commands;  
};  

// 客户端代码  
int main() {  
    DeviceFactory& factory = DeviceFactory::instance();  

    // 注册设备类型  
    factory.registerDevice("万用表", std::make_unique<MultimeterCommand>());  
    factory.registerDevice("示波器", std::make_unique<OscilloscopeCommand>());  

    DeviceConfig config1; // 假设已设置为万用表配置  
    Device* device1 = factory.createDevice(config1);  
    if (device1) {  
        device1->operate();  
        delete device1; // 记得释放内存  
    }  

    DeviceConfig config2; // 假设已设置为示波器配置  
    Device* device2 = factory.createDevice(config2);  
    if (device2) {  
        device2->operate();  
        delete device2; // 记得释放内存  
    }  

    return 0;  
}

代码分析：

设备接口和具体设备：Device 接口定义了设备的基本操作，MultimeterDevice 和 Oscilloscope 是具体的设备实现。
命令接口和具体命令：DeviceCommand 接口定义了创建设备的方法，具体命令类如 MultimeterCommand 和 OscilloscopeCommand 实现了该接口。
工厂类：DeviceFactory 维护一个命令注册表，使用 registerDevice 方法注册设备类型和对应的命令类。在 createDevice 方法中，根据设备类型查找并调用相应的命令类创建设备。
客户端代码：在客户端中，首先注册设备类型，然后创建设备并执行操作。

优点：

扩展性：添加新设备只需实现新的命令类并在工厂中注册，而无需修改现有代码。
解耦：设备创建逻辑与工厂分离，便于维护和测试。