设计模式 Day 9：命令模式（Command Pattern）完整讲解与实战应用

🔄 回顾 Day 8：策略模式

在 Day 8 中我们讲解了策略模式：

用于封装多个可切换的算法逻辑，让调用者在运行时选择合适的策略。
它强调的是"行为选择"，是针对"算法或行为差异"而设计。
通过 PaymentStrategy、路径规划等实战场景，我们实现了灵活扩展与开闭分离。

而今天的命令模式，虽然也封装行为，但它的核心在于：

将"请求"与"执行"彻底解耦，支持操作排队、记录、撤销、重做等高级控制。

一、什么是命令模式？

命令模式（Command Pattern）是行为型设计模式的一种，它将"请求封装为对象"，从而让你可以：

将请求排队
将请求记录日志
支持命令撤销、重做
实现请求者与执行者的解耦

二、适用场景

场景	描述
撤销/重做操作	图形编辑器、文字编辑器需要保存执行历史
请求排队	打印任务、网络任务、远程执行命令
按钮映射	将按钮点击操作映射为命令对象
宏命令/脚本系统	一组命令批量执行

三、命令模式结构（UML）

复制代码

+----------------+       +-----------------+       +---------------+
|   Client       |-----> |   Invoker       |-----> |   Command     |
+----------------+       +-----------------+       +---------------+
                                               /\
                                              /
                           +-----------------------+
                           | ConcreteCommand       |
                           +-----------------------+
                           | +execute()            |
                           +-----------------------+
                                   |
                                   v
                           +--------------------+
                           | Receiver (执行者)  |
                           +--------------------+
                           | +action()          |
                           +--------------------+

✅ 角色解析：

角色	职责
Command	抽象命令接口，定义执行方法
ConcreteCommand	实现命令接口，调用 Receiver 执行命令
Receiver	命令的实际执行者
Invoker	触发命令的角色，如按钮、菜单项
Client	负责构建命令对象，并设定 Invoker 的命令

四、C++ 实现：遥控器控制多个家电

✅ 抽象命令类

cpp 复制代码

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

✅ 接收者类（家电）

cpp 复制代码

class Light {
public:
    void on() { std::cout << "灯打开了\n"; }
    void off() { std::cout << "灯关闭了\n"; }
};

class Fan {
public:
    void start() { std::cout << "风扇启动了\n"; }
    void stop() { std::cout << "风扇关闭了\n"; }
};

✅ 具体命令类

cpp 复制代码

class LightOnCommand : public Command {
    Light* light;
public:
    LightOnCommand(Light* l) : light(l) {}
    void execute() override { light->on(); }
};

class FanStartCommand : public Command {
    Fan* fan;
public:
    FanStartCommand(Fan* f) : fan(f) {}
    void execute() override { fan->start(); }
};

✅ 调用者类（遥控器）

cpp 复制代码

class RemoteControl {
    std::map<std::string, std::unique_ptr<Command>> slots;
public:
    void setCommand(const std::string& key, std::unique_ptr<Command> cmd) {
        slots[key] = std::move(cmd);
    }
    void pressButton(const std::string& key) {
        if (slots.count(key)) slots[key]->execute();
        else std::cout << "无效按钮" << std::endl;
    }
};

✅ 使用示例

cpp 复制代码

int main() {
    Light light;
    Fan fan;
    RemoteControl remote;

    remote.setCommand("light_on", std::make_unique<LightOnCommand>(&light));
    remote.setCommand("fan_start", std::make_unique<FanStartCommand>(&fan));

    remote.pressButton("light_on");
    remote.pressButton("fan_start");
    return 0;
}

五、进阶：支持撤销与命令队列

✅ 撤销接口扩展：

cpp 复制代码

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

具体命令实现 undo：记录之前状态并逆操作。

✅ 命令队列：

cpp 复制代码

std::queue<std::unique_ptr<Command>> commandQueue;
commandQueue.push(...);
while (!commandQueue.empty()) {
    commandQueue.front()->execute();
    commandQueue.pop();
}

六、命令模式与其他模式对比

模式	区别焦点
策略模式	封装"算法"，客户端主动调用
命令模式	封装"请求"，支持请求与执行解耦
观察者模式	事件驱动响应，多观察者监听

七、面试回答模板

"命令模式我们在设备控制系统中使用得较多，例如遥控器设置不同按键指令时，通过封装命令类（Command），将操作与实际执行者解耦，便于我们记录命令、支持批量执行、撤销重做等功能。同时，Invoker（遥控器）只需要触发，不关心具体如何执行，实现了请求分发中心的架构。"

八、记忆口诀

"请求包起来，请求再排队；触发和执行，隔离不耦合。"

九、明日预告：Day 10

模板方法模式（Template Method）：定义算法骨架，延迟具体实现给子类，实现复用与规范统一。