C++ 设计模式:命令模式(Command Pattern)

链接:C++ 设计模式
链接:C++ 设计模式 - 访问者模式

命令模式(Command Pattern)是一种行为型设计模式,它将请求封装成一个对象,从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化,对请求排队或记录请求日志,以及支持可撤销的操作。

1. 问题分析

在开发中,我们经常需要向某个对象发送请求,但我们希望请求的发送者和接收者解耦。我们还可能需要对请求进行排队、记录日志,甚至支持撤销操作。

命令模式通过将请求封装成一个独立的对象,使得请求的发送者和接收者解耦。每个命令对象都实现一个统一的接口,包含执行请求的方法。这样,我们可以用不同的命令对象对客户进行参数化,并且可以很容易地扩展新的命令。

2.实现步骤

  1. 定义命令接口(Command):声明执行请求的方法。
  2. 实现具体命令类(ConcreteCommand):实现命令接口,执行具体的请求。
  3. 定义接收者类(Receiver):包含执行具体请求的方法。
  4. 定义调用者类(Invoker):持有命令对象,并在某个时刻调用命令对象的执行方法。
  5. 客户端代码(Client):创建具体命令对象,并将其传递给调用者。

3.代码示例

以机器人示例。

3.1.定义命令接口

cpp 复制代码
class Command {
 public:
  virtual ~Command() = default;
  virtual void execute() = 0;
};

3.2.实现具体命令类

cpp 复制代码
// 接收者类:机器人
class Robot {
 public:
  void moveForward() { std::cout << "Robot moves forward" << std::endl; }

  void moveBackward() { std::cout << "Robot moves backward" << std::endl; }

  void turnLeft() { std::cout << "Robot turns left" << std::endl; }

  void turnRight() { std::cout << "Robot turns right" << std::endl; }
};

3.3.定义接收者类

cpp 复制代码
// 具体命令类:前进
class MoveForwardCommand : public Command {
 public:
  MoveForwardCommand(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void execute() override { robot_->moveForward(); }

 private:
  Robot* robot_;
};
cpp 复制代码
// 具体命令类:后退
class MoveBackwardCommand : public Command {
 public:
  MoveBackwardCommand(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void execute() override { robot_->moveBackward(); }

 private:
  Robot* robot_;
};
cpp 复制代码
// 具体命令类:左转
class TurnLeftCommand : public Command {
 public:
  TurnLeftCommand(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void execute() override { robot_->turnLeft(); }

 private:
  Robot* robot_;
};
cpp 复制代码
// 具体命令类:右转
class TurnRightCommand : public Command {
 public:
  TurnRightCommand(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void execute() override { robot_->turnRight(); }

 private:
  Robot* robot_;
};

3.4.定义调用者类

cpp 复制代码
// 调用者类:遥控器
class RemoteControl {
 public:
  void setCommand(Command* command) { command_ = command; }

  void pressButton() {
    if (command_) {
      command_->execute();
    }
  }

 private:
  Command* command_ = nullptr;
};

3.5.客户端代码

cpp 复制代码
int main() {
  // 创建接收者对象
  Robot robot;

  // 创建具体命令对象
  MoveForwardCommand moveForwardCommand(&robot);
  MoveBackwardCommand moveBackwardCommand(&robot);
  TurnLeftCommand turnLeftCommand(&robot);
  TurnRightCommand turnRightCommand(&robot);

  // 创建调用者对象
  RemoteControl remoteControl;

  // 设置命令并按下按钮
  remoteControl.setCommand(&moveForwardCommand);
  remoteControl.pressButton();

  remoteControl.setCommand(&moveBackwardCommand);
  remoteControl.pressButton();

  remoteControl.setCommand(&turnLeftCommand);
  remoteControl.pressButton();

  remoteControl.setCommand(&turnRightCommand);
  remoteControl.pressButton();

  return 0;
}

4.C++函数对象

函数对象是一个重载了 operator() 的类,其实例可以像函数一样被调用。函数对象的主要目的是将行为封装到对象中,使得对象可以像函数一样被调用。函数对象强调的是行为的封装和灵活性。

4.1.定义函数对象类

cpp 复制代码
// 函数对象类:前进
class MoveForward {
 public:
  MoveForward(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void operator()() { robot_->moveForward(); }

 private:
  Robot* robot_;
};
cpp 复制代码
// 函数对象类:后退
class MoveBackward {
 public:
  MoveBackward(Robot* robot) : robot_(robot) {}

  void operator()() { robot_->moveBackward(); }

 private:
  Robot* robot_;
};

4.2.定义调用者类

cpp 复制代码
// 调用者类:遥控器
class RemoteControl {
 public:
  void setCommand(std::function<void()> command) { command_ = command; }

  void pressButton() {
    if (command_) {
      command_();
    }
  }

 private:
  std::function<void()> command_;
};

4.3.客户端代码

cpp 复制代码
int main() {
  // 创建接收者对象
  Robot robot;

  // 创建函数对象
  MoveForward moveForward(&robot);
  MoveBackward moveBackward(&robot);

  // 创建调用者对象
  RemoteControl remoteControl;

  // 设置命令并按下按钮
  remoteControl.setCommand(moveForward);
  remoteControl.pressButton();

  remoteControl.setCommand(moveBackward);
  remoteControl.pressButton();

  return 0;
}

5.命令模式与函数对象的对比

5.1. 相似点

  1. 封装行为:命令模式和函数对象都可以用于封装行为,使得行为可以像对象一样被传递和调用。
  2. 解耦:两者都可以实现请求的发送者和接收者的解耦。

5.2. 不同点

  1. 设计意图:
    • 命令模式:主要用于将请求封装成对象,从而支持请求的排队、记录日志、撤销和重做等操作。
    • 函数对象:主要用于将行为封装到对象中,使得对象可以像函数一样被调用,强调行为的灵活性和可组合性。
  2. 结构复杂度:
    • 命令模式:通常包含多个角色(命令、具体命令、调用者、接收者),结构较为复杂。
    • 函数对象:通常只需要一个包含 operator() 方法的类,结构较为简单。
  3. 使用场景:
    • 命令模式:适用于需要对请求进行排队、记录日志、支持撤销和重做等操作的场景。
    • 函数对象:适用于需要将行为封装到对象中,并像函数一样调用的场景。

命令模式和函数对象在C++中都可以用于封装行为,但它们在设计意图和使用场景上有所不同。命令模式主要用于将请求封装成对象,从而支持请求的排队、记录日志、撤销和重做等操作;而函数对象主要用于将行为封装到对象中,使得对象可以像函数一样被调用,强调行为的灵活性和可组合性。

相关推荐
别动我齐刘海2 小时前
机器人运动控制学习2——基础进阶
c++·人工智能·神经网络·学习·目标检测·机器学习·机器人
傻啦嘿哟2 小时前
英雄联盟皮肤爬虫:爬取全皮肤价格与特效,做比价工具
java·c++·爬虫
码匠许师傅3 小时前
【C++ 面试真题】24. 聊聊 C++ 的时间日期处理
java·c++·面试
闻道且行之3 小时前
图片处理助手|泊松融合原理 + C++ 工程实现,seamlessClone 三模式一次讲透
数据库·c++·人工智能·opencv
莫浅子4 小时前
day01-USB架构与枚举
c++·单片机·嵌入式驱动
小欣加油5 小时前
leetcode3069 将元素分配到两个数组中I
数据结构·c++·算法·leetcode·职场和发展
不会代码的小猴5 小时前
7. JSON
开发语言·c++·笔记·qt·算法·json
沫璃染墨5 小时前
《Qt从零入门系列(六):信号与槽进阶——从多种连接方式到Lambda表达式》
开发语言·c++·qt·代码规范·设计规范·qt5
小小龙学IT6 小时前
ZeroMQ(libzmq)开源消息库深度解析:brokerless 时代的轻量消息内核
c++·开源
Benny_Tang7 小时前
题解:P10230 [COCI 2023/2024 #4] Lepeze
c++·算法