C++设计模式之命令模式：以家具生产为例

ZouZou老师2025-12-11 15:17

在家具生产车间里，设计师画好图纸后无需亲自操作机床，只需下达"切割木板""打磨桌腿""组装柜体"等指令，调度人员接收指令后安排对应设备执行。这种"指令下达-指令传递-指令执行"的流程，恰好契合命令模式的设计思想。本文将以家具生产为实际场景，详解C++命令模式的原理、角色及实现方式。

一、命令模式核心概念

命令模式是一种行为型设计模式，其核心是将"请求"封装为独立的"命令对象"，使请求的发起者（客户端）与执行者（接收者）解耦。就像家具生产中，设计师（发起者）不直接操作机床（执行者），而是通过"生产指令"（命令对象）传递需求，调度系统（调用者）负责触发指令执行。

命令模式的关键角色可对应家具生产中的具体角色，如下表所示：

命令模式角色 家具生产场景对应角色 核心职责
抽象命令（Command） 抽象生产指令 定义执行和撤销指令的接口
具体命令（ConcreteCommand） 切割指令、打磨指令、组装指令 绑定具体生产设备，实现指令接口
接收者（Receiver） 切割机床、打磨机床、组装工作台 实际执行指令对应的操作
调用者（Invoker） 生产调度系统 管理命令队列，触发命令执行/撤销
客户端（Client） 家具设计师 创建命令对象，绑定命令与接收者

二、家具生产场景的命令模式实现

我们以制作实木餐桌为例，涉及"切割木板（桌面/桌腿）""打磨桌腿""组装餐桌"三个核心步骤，对应三个具体命令，通过调度系统控制执行流程，同时支持指令撤销（如误切割后恢复）。

1. 代码实现

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

// ------------- 接收者：生产设备（实际执行操作）-------------
// 抽象生产设备类（部分设备可复用，如打磨机床可打磨桌腿/椅腿）
class ProductionEquipment {
public:
    virtual ~ProductionEquipment() {}
    virtual string getEquipmentName() const = 0;
};

// 切割机床（负责切割木板）
class CuttingMachine : public ProductionEquipment {
public:
    // 切割指定类型的木板（参数：木板类型，如"桌面木板"、"桌腿木板"）
    void cutWood(const string& woodType) {
        cout << "[切割机床] 正在切割：" << woodType << "，切割完成！" << endl;
    }
    
    // 撤销切割（模拟：回收切割的木板）
    void undoCut(const string& woodType) {
        cout << "[切割机床] 撤销切割：回收" << woodType << "，恢复原料状态！" << endl;
    }
    
    string getEquipmentName() const override {
        return "切割机床";
    }
};

// 打磨机床（负责打磨木质部件）
class PolishingMachine : public ProductionEquipment {
public:
    // 打磨指定部件（参数：部件类型，如"桌腿"、"椅面"）
    void polishPart(const string& partType) {
        cout << "[打磨机床] 正在打磨：" << partType << "，打磨至光滑状态！" << endl;
    }
    
    // 撤销打磨（模拟：标记部件需重新打磨）
    void undoPolish(const string& partType) {
        cout << "[打磨机床] 撤销打磨：" << partType << "标记为待重新打磨！" << endl;
    }
    
    string getEquipmentName() const override {
        return "打磨机床";
    }
};

// 组装工作台（负责组装家具部件）
class AssemblyWorkbench : public ProductionEquipment {
public:
    // 组装指定家具（参数：家具类型，如"餐桌"、"餐椅"）
    void assembleFurniture(const string& furnitureType) {
        cout << "[组装工作台] 正在组装：" << furnitureType << "，完成桌面与桌腿组装！" << endl;
    }
    
    // 撤销组装（模拟：拆解已组装部件）
    void undoAssemble(const string& furnitureType) {
        cout << "[组装工作台] 撤销组装：拆解" << furnitureType << "，恢复部件状态！" << endl;
    }
    
    string getEquipmentName() const override {
        return "组装工作台";
    }
};

// ------------- 抽象命令：生产指令 -------------
class ProductionCommand {
public:
    virtual ~ProductionCommand() {}
    // 执行命令
    virtual void execute() = 0;
    // 撤销命令（命令模式的扩展功能，增强灵活性）
    virtual void undo() = 0;
    // 获取命令描述
    virtual string getCommandDesc() const = 0;
};

// ------------- 具体命令：各类生产指令 -------------
// 切割命令（绑定切割机床）
class CutCommand : public ProductionCommand {
private:
    CuttingMachine* machine;  // 关联的接收者（切割机床）
    string woodType;          // 命令参数（切割的木板类型）
public:
    // 构造函数：绑定设备与命令参数
    CutCommand(CuttingMachine* m, const string& type) : machine(m), woodType(type) {}
    
    void execute() override {
        if (machine) {
            machine->cutWood(woodType);
        }
    }
    
    void undo() override {
        if (machine) {
            machine->undoCut(woodType);
        }
    }
    
    string getCommandDesc() const override {
        return "切割命令：" + woodType;
    }
};

// 打磨命令（绑定打磨机床）
class PolishCommand : public ProductionCommand {
private:
    PolishingMachine* machine;  // 关联的接收者（打磨机床）
    string partType;            // 命令参数（打磨的部件类型）
public:
    PolishCommand(PolishingMachine* m, const string& type) : machine(m), partType(type) {}
    
    void execute() override {
        if (machine) {
            machine->polishPart(partType);
        }
    }
    
    void undo() override {
        if (machine) {
            machine->undoPolish(partType);
        }
    }
    
    string getCommandDesc() const override {
        return "打磨命令：" + partType;
    }
};

// 组装命令（绑定组装工作台）
class AssembleCommand : public ProductionCommand {
private:
    AssemblyWorkbench* workbench;  // 关联的接收者（组装工作台）
    string furnitureType;          // 命令参数（组装的家具类型）
public:
    AssembleCommand(AssemblyWorkbench* w, const string& type) : workbench(w), furnitureType(type) {}
    
    void execute() override {
        if (workbench) {
            workbench->assembleFurniture(furnitureType);
        }
    }
    
    void undo() override {
        if (workbench) {
            workbench->undoAssemble(furnitureType);
        }
    }
    
    string getCommandDesc() const override {
        return "组装命令：" + furnitureType;
    }
};

// ------------- 调用者：生产调度系统（管理命令执行）-------------
class ProductionDispatcher {
private:
    vector<ProductionCommand*> commandHistory;  // 命令历史（用于撤销）
public:
    ~ProductionDispatcher() {
        // 释放命令对象内存
        for (auto cmd : commandHistory) {
            delete cmd;
        }
        commandHistory.clear();
    }
    
    // 添加命令到执行队列
    void addCommand(ProductionCommand* cmd) {
        if (cmd) {
            commandHistory.push_back(cmd);
            cout << "[调度系统] 已添加命令：" << cmd->getCommandDesc() << endl;
        }
    }
    
    // 执行所有已添加的命令
    void executeAllCommands() {
        cout << "\n[调度系统] 开始执行所有生产命令..." << endl;
        for (auto cmd : commandHistory) {
            cmd->execute();
        }
        cout << "[调度系统] 所有命令执行完毕！" << endl;
    }
    
    // 撤销最后一条命令
    void undoLastCommand() {
        if (commandHistory.empty()) {
            cout << "[调度系统] 无命令可撤销！" << endl;
            return;
        }
        ProductionCommand* lastCmd = commandHistory.back();
        cout << "\n[调度系统] 撤销最后一条命令：" << lastCmd->getCommandDesc() << endl;
        lastCmd->undo();
        // 从历史中移除并释放
        commandHistory.pop_back();
        delete lastCmd;
    }
};

// ------------- 客户端：家具设计师（创建命令与绑定关系）-------------
int main() {
    // 1. 初始化生产设备（接收者）
    CuttingMachine cuttingMachine;
    PolishingMachine polishingMachine;
    AssemblyWorkbench assemblyWorkbench;
    
    // 2. 初始化调度系统（调用者）
    ProductionDispatcher dispatcher;
    
    // 3. 设计师创建生产命令（绑定命令与设备）
    ProductionCommand* cutTableTop = new CutCommand(&cuttingMachine, "桌面木板");
    ProductionCommand* cutTableLegs = new CutCommand(&cuttingMachine, "桌腿木板");
    ProductionCommand* polishTableLegs = new PolishCommand(&polishingMachine, "桌腿");
    ProductionCommand* assembleDiningTable = new AssembleCommand(&assemblyWorkbench, "餐桌");
    
    // 4. 向调度系统提交命令
    dispatcher.addCommand(cutTableTop);
    dispatcher.addCommand(cutTableLegs);
    dispatcher.addCommand(polishTableLegs);
    dispatcher.addCommand(assembleDiningTable);
    
    // 5. 执行所有命令
    dispatcher.executeAllCommands();
    
    // 6. 模拟误操作：撤销最后一条组装命令（假设组装前发现桌腿有瑕疵）
    dispatcher.undoLastCommand();
    
    // 7. 补充新命令：重新打磨桌腿后再组装
    ProductionCommand* repolishTableLegs = new PolishCommand(&polishingMachine, "桌腿（二次打磨）");
    ProductionCommand* reassembleDiningTable = new AssembleCommand(&assemblyWorkbench, "餐桌（二次组装）");
    dispatcher.addCommand(repolishTableLegs);
    dispatcher.addCommand(reassembleDiningTable);
    dispatcher.executeAllCommands();
    
    return 0;
}

2. 代码说明

（1）接收者设计

定义抽象类统一设备接口，具体设备如（切割机床）、（打磨机床）实现各自的操作方法（如cutWood、polishPart）和撤销方法（undoCut、undoPolish），符合"单一职责原则"------每个设备只负责一类操作。

（2）命令设计

抽象命令定义（执行）和（撤销）接口，具体命令（如CutCommand、PolishCommand）通过构造函数绑定接收者（设备）和命令参数（如切割的木板类型），实现接口时调用接收者的对应方法。这种设计使命令与执行逻辑解耦，新增命令（如上漆命令）时无需修改现有设备代码。

（3）调用者设计

（生产调度系统）维护命令历史队列，提供添加命令、执行所有命令、撤销最后一条命令的接口。调用者无需知道命令的具体执行逻辑，只需触发execute或undo方法，符合"依赖倒置原则"------依赖抽象命令而非具体命令。

（4）客户端交互

客户端（家具设计师）负责创建设备、命令和调度系统，将命令与设备绑定后提交给调度系统。示例中模拟了"执行命令-撤销误操作-补充命令-重新执行"的真实生产流程，体现命令模式的灵活性。

三、命令模式在家具生产中的优势

  1. 解耦设计：设计师（发起者）无需知道切割机床的运作原理，只需创建"切割命令"；调度系统（调用者）无需区分切割/打磨命令，只需统一触发执行。即使更换切割机床型号，只需修改CutCommand与设备的绑定，无需改动设计师或调度系统代码。

  2. 灵活扩展：新增"上漆""钻孔"等生产步骤时，只需新增（上漆命令）和（上漆设备），原有代码零修改，符合"开放-封闭原则"。

  3. 支持撤销/日志：通过命令历史队列，可实现单步撤销、多步撤销甚至命令日志记录（如记录每步生产操作用于追溯），这在家具生产的质量管控中至关重要。

  4. 批量执行：调度系统可批量执行命令，如同时生产10套餐桌时，只需循环添加10组命令并一次性执行，提升生产效率。

四、总结

命令模式通过"封装请求为对象"的核心思想，将家具生产中的"指令发起（设计师）-指令传递（调度系统）-指令执行（设备）"流程解耦，使生产流程更灵活、可扩展且易于管控。当系统中存在"发起者与执行者需要解耦""需要支持命令撤销/批量执行""需要动态添加命令"等场景时，命令模式是最优选择之一。

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