C++实现设计模式---命令模式 (Command)

命令模式 (Command)

命令模式 是一种行为型设计模式，它将请求封装为一个对象，从而使得可以用不同的请求对客户端进行参数化、对请求排队或记录日志，以及支持可撤销的操作。

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意图

• 将操作的调用者与接收者分离，通过将请求封装为独立对象，使得请求更加灵活。
• 支持撤销、重做、记录日志等操作。

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使用场景

1. 需要参数化请求 ：
   • 客户端不直接调用操作，而是通过封装的命令对象。
2. 需要支持撤销 (Undo) 或重做 (Redo) ：
   • 操作需要记录历史，以支持回滚或重试。
3. 请求需要队列化 ：
   • 系统需要对请求排队处理或记录日志。

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参与者角色

1. 命令接口 (Command)
   • 定义所有命令的公共接口。
2. 具体命令类 (ConcreteCommand)
   • 实现命令接口，调用接收者执行具体操作。
3. 接收者 (Receiver)
   • 负责执行具体操作的对象。
4. 调用者 (Invoker)
   • 负责调用命令。
5. 客户端 (Client)
   • 创建命令对象，并将其传递给调用者。

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示例代码

以下代码展示了命令模式的实现，模拟智能家居系统控制灯光的打开、关闭操作，并支持撤销功能。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <stack>
#include <string>

// 命令接口：定义命令的公共接口
class Command {
public:
    virtual ~Command() = default;

    // 执行命令
    virtual void execute() = 0;

    // 撤销命令
    virtual void undo() = 0;
};

// 接收者：灯
class Light {
private:
    std::string name; // 灯的名称

public:
    explicit Light(std::string name) : name(std::move(name)) {}

    void turnOn() {
        std::cout << name << " 灯已打开。
";
    }

    void turnOff() {
        std::cout << name << " 灯已关闭。
";
    }
};

// 具体命令类：打开灯的命令
class LightOnCommand : public Command {
private:
    Light& light; // 具体接收者：灯

public:
    explicit LightOnCommand(Light& light) : light(light) {}

    void execute() override {
        light.turnOn(); // 打开灯
    }

    void undo() override {
        light.turnOff(); // 撤销，关闭灯
    }
};

// 具体命令类：关闭灯的命令
class LightOffCommand : public Command {
private:
    Light& light; // 具体接收者：灯

public:
    explicit LightOffCommand(Light& light) : light(light) {}

    void execute() override {
        light.turnOff(); // 关闭灯
    }

    void undo() override {
        light.turnOn(); // 撤销，打开灯
    }
};

// 调用者：遥控器
class RemoteControl {
private:
    std::stack<std::unique_ptr<Command>> commandHistory; // 存储命令历史

public:
    void executeCommand(std::unique_ptr<Command> command) {
        command->execute(); // 执行命令
        commandHistory.push(std::move(command)); // 将命令存入历史
    }

    void undoLastCommand() {
        if (!commandHistory.empty()) {
            auto& lastCommand = commandHistory.top(); // 获取最近的命令
            lastCommand->undo(); // 撤销命令
            commandHistory.pop(); // 移除该命令
        } else {
            std::cout << "无可撤销的命令。
";
        }
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    Light livingRoomLight("客厅");
    Light bedroomLight("卧室");

    RemoteControl remoteControl;

    // 打开客厅灯
    remoteControl.executeCommand(std::make_unique<LightOnCommand>(livingRoomLight));
    // 关闭客厅灯
    remoteControl.executeCommand(std::make_unique<LightOffCommand>(livingRoomLight));
    // 打开卧室灯
    remoteControl.executeCommand(std::make_unique<LightOnCommand>(bedroomLight));
    // 撤销最近一次操作
    remoteControl.undoLastCommand();
    // 撤销最近一次操作
    remoteControl.undoLastCommand();

    return 0;
}

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代码解析

1. 命令接口 (Command)

• 定义了命令的公共接口，所有具体命令都需要实现 execute 和 undo 方法。

class Command {
public:
    virtual ~Command() = default;
    virtual void execute() = 0;
    virtual void undo() = 0;
};

2. 接收者 (Light)

• 实现灯的具体操作，包括 turnOn（打开灯）和 turnOff（关闭灯）。
• 是命令的实际执行者。

class Light {
private:
    std::string name;
public:
    explicit Light(std::string name) : name(std::move(name)) {}
    void turnOn() { std::cout << name << " 灯已打开。
"; }
    void turnOff() { std::cout << name << " 灯已关闭。
"; }
};

3. 具体命令类

• LightOnCommand ：
  • 在 execute 方法中调用 turnOn 打开灯，在 undo 方法中调用 turnOff 撤销。
• LightOffCommand ：
  • 在 execute 方法中调用 turnOff 关闭灯，在 undo 方法中调用 turnOn 撤销。

class LightOnCommand : public Command {
private:
    Light& light;
public:
    explicit LightOnCommand(Light& light) : light(light) {}
    void execute() override { light.turnOn(); }
    void undo() override { light.turnOff(); }
};

4. 调用者 (RemoteControl)

• RemoteControl 负责调用命令对象的 execute 方法。
• 使用栈 (std::stack) 存储命令历史，以支持撤销。

class RemoteControl {
private:
    std::stack<std::unique_ptr<Command>> commandHistory;
public:
    void executeCommand(std::unique_ptr<Command> command) {
        command->execute();
        commandHistory.push(std::move(command));
    }
    void undoLastCommand() {
        if (!commandHistory.empty()) {
            commandHistory.top()->undo();
            commandHistory.pop();
        } else {
            std::cout << "无可撤销的命令。
";
        }
    }
};

5. 客户端

• 客户端创建具体命令对象，并通过调用者 RemoteControl 执行命令。
• 通过 undoLastCommand 撤销命令。

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优缺点

优点

1. 解耦调用者与接收者 ：
   • 调用者无需知道接收者的具体实现。
2. 支持撤销和重做 ：
   • 通过记录命令历史，支持操作的撤销和重做。
3. 命令队列化 ：
   • 可以轻松实现请求的排队处理。

缺点

1. 类数量增加 ：
   • 每个操作都需要定义一个具体命令类。
2. 存储开销 ：
   • 需要存储命令历史以支持撤销和重做。

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适用场景

1. 参数化请求 ：
   • 将请求封装为独立对象，客户端无需直接调用。
2. 操作的撤销和重做 ：
   • 系统需要支持操作回滚。
3. 请求队列化 ：
   • 系统需要对请求进行排队或记录日志。

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总结

命令模式通过将请求封装为对象，实现了请求的参数化、撤销、排队处理等功能，是一种优雅的行为模式。适用于需要解耦调用者和接收者的场景，尤其在支持撤销或重做的系统中表现出色。