C++ 设计模式——命令模式

C++ 设计模式——命令模式

命令(Command)模式是一种行为型模式，它将请求封装为对象，从而使您能够使用不同的请求、排队请求或记录请求，以及支持可撤销的操作。

主要组成部分

1. 命令接口（Command）：定义了一个执行操作的接口，通常包含一个核心方法，该方法负责执行请求。
2. 具体命令（ConcreteCommand）：实现了命令接口，并定义了与接收者之间的绑定关系。在执行请求时，它会调用接收者的方法。
3. 接收者（Receiver）：知道如何实施与执行相关的操作。它是执行请求的实际对象。
4. 调用者（Invoker）：持有命令对象，并在适当的时候调用它们。它通常不直接执行操作，而是通过命令对象来执行。
5. 客户端（Client）：创建具体命令对象，并将其与接收者关联。客户端负责创建和管理命令对象。

构建过程

命令模式的构建过程，以点菜为例。在这个场景中，命令模式使得服务员（调用者）和厨师（接收者）之间的交互更加灵活和清晰。服务员不需要知道厨师如何制作菜品，只需传递订单便签即可。而厨师只需按照订单便签制作相应的菜品。这样，整个点餐流程更加模块化和易于管理。

1. 命令接口（Command）：

   • 代码定义了一个名为Command的抽象类，它代表了一个通用的命令接口。

   • 在点菜场景中，这个接口可以被看作是服务员用来传递给厨师的一个“订单便签”，它告诉厨师需要做什么菜。

   class Command
   {
   public:Command(Cook* pcook) : m_pcook(pcook) {}virtual ~Command() { delete m_pcook; }virtual void Execute() = 0;protected:Cook* m_pcook; // 接收者
   };
   

2. 具体命令（ConcreteCommand）：

   • CommandFish和CommandMeat类是Command接口的具体实现，它们代表具体的订单，比如“做红烧鱼”和“做锅包肉”。

   class CommandFish : public Command
   {
   public:CommandFish(Cook* pcook) : Command(pcook) {}void Execute() override{m_pcook->cook_fish(); // 调用接收者的方法}
   };class CommandMeat : public Command
   {
   public:CommandMeat(Cook* pcook) : Command(pcook) {}void Execute() override{m_pcook->cook_meat(); // 调用接收者的方法}
   };
   

3. 接收者（Receiver）：

   • Cook类代表接收者，即厨师，他知道如何制作菜品。
   • 在点菜场景中，厨师根据服务员传递的订单便签（命令对象）来制作菜品。

   class Cook
   {
   public:void cook_fish(){cout << "做一盘红烧鱼菜品" << endl;}void cook_meat(){cout << "做一盘锅包肉菜品" << endl;}
   };
   

4. 调用者（Invoker）：

   • Waiter类代表调用者，即服务员，他负责接收顾客的订单并传递给厨师。
   • 服务员保存了一个命令列表，并负责在适当的时机调用这些命令，通知厨师开始制作菜品。

   class Waiter
   {
   public:void AddCommand(Command* pcommand){m_commlist.push_back(pcommand);}void Notify(){for (auto iter = m_commlist.begin(); iter != m_commlist.end(); ++iter){(*iter)->Execute(); // 调用命令的执行方法}}private:std::list<Command*> m_commlist; // 命令列表
   };
   

5. 客户端（Client）：

   • main函数作为客户端，模拟顾客下订单的过程。
   • 客户端创建服务员和厨师对象，以及具体的命令对象，并将命令对象添加到服务员的订单列表中。

   int main()
   {// 1. 客户端创建接收者 厨师Cook* cook1 = new Cook();Cook* cook2 = new Cook();// 2. 客户端创建具体命令对象并设置接收者 订单列表Command* pcmd1 = new CommandFish(cook1);Command* pcmd2 = new CommandMeat(cook2);// 3. 客户端将命令对象传递给调用者 服务员 Waiter* pwaiter = new Waiter();pwaiter->AddCommand(pcmd1);pwaiter->AddCommand(pcmd2);// 4. 调用者请求执行操作 服务员通知厨师pwaiter->Notify();// 释放资源delete pwaiter;delete pcmd2;delete pcmd1;return 0;
   }
   

命令模式 UML 图

UML 图解析

1. Receiver（接收者类）：知道如何实施与执行请求相关的操作，这里指 Cook 类。提供了对请求的业务处理接口（cook_fish、cook_meat）。
2. Invoker（调用者类）：请求的发送者，通过命令对象来执行请求，这里指 Waiter 类。该类只与抽象命令类 Command 之间存在关联关系。
3. Command（抽象命令类）：声明执行操作的接口，这里指的是 Command 类。在其中声明了用于执行请求的 Execute 方法。
4. ConcreteCommand（具体命令类）：抽象命令类的子类，这里指的是 CommandFish 类和 CommandMeat 类。类中实现了执行请求的 Execute 方法来调用接收者类 Cook 中的相关操作。
5. Client（客户端）：创建具体的命令类对象并设定它的接收者。这里指main主函数中的几行代码。

命令模式的优点

• 解耦：命令模式将请求的发送者和接收者解耦，降低了它们之间的耦合度。
• 可扩展性：可以轻松添加新的命令而不修改现有代码。
• 支持撤销操作：可以实现命令的撤销和重做功能。
• 支持排队请求：可以将请求排队并在需要时执行。

命令模式的缺点

• 命令类的数量可能会增加：如果有很多操作，可能会导致命令类的数量激增。
• 复杂性增加：引入命令模式可能会增加系统的复杂性。

命令模式适用场景

• 请求解耦：当需要将请求的发送者（调用者）与请求的接收者（接收者）解耦时。比如，在图形用户界面中，按钮点击事件可以通过命令模式实现，按钮不需要直接调用处理逻辑，而是通过命令对象进行。
• 支持撤销和重做操作：当需要实现撤销和重做功能时。命令对象可以被存储在历史记录中，用户可以随时撤销或重做操作。例如，在文本编辑器中，用户可以撤销或重做输入的文本操作。
• 请求排队或记录请求：当需要将请求排队或记录请求时。命令模式允许将多个请求存储在一个队列中，稍后统一处理。这在任务调度或异步处理场景中非常有用。
• 实现宏命令：当需要实现宏命令（多个命令的组合）时。可以将多个命令组合成一个命令对象，方便一次性执行多个操作。例如，在游戏中，可以将多个动作（如移动、攻击、跳跃）组合成一个宏命令。
• 动态命令：当需要在运行时动态创建和组合命令时。命令模式允许在运行时根据用户输入或其他条件生成新的命令对象，增强系统的灵活性。
• 日志记录：当需要记录操作日志时。通过命令对象，可以记录每个操作的详细信息，方便后续审计和分析。
• 多线程环境：在多线程环境中，命令模式可以帮助管理任务的执行，确保线程安全地执行命令。

总结

命令模式通过将请求封装为对象，使得请求的发送者和接收者之间的耦合度降低，增强了系统的灵活性和可扩展性。它不仅适用于简单的命令执行场景，还可以扩展到复杂的请求管理和操作历史记录等场景。

完整代码

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;//厨师类
class Cook
{
public://做红烧鱼void cook_fish(){cout << "做一盘红烧鱼菜品" << endl;}//做锅包肉void cook_meat(){cout << "做一盘锅包肉菜品" << endl;}//做其他各种菜品......略
};//-------------------------
//厨师做的每样菜品对应的抽象类
class Command
{
public:Command(Cook* pcook){m_pcook = pcook;}//做父类时析构函数应该为虚函数virtual ~Command(){if (m_pcook != nullptr){delete m_pcook;m_pcook = nullptr;}}virtual void Execute() = 0;
protected:Cook* m_pcook; //子类需要访问
};//做红烧鱼菜品命令（顾客下的红烧鱼菜品便签）
class CommandFish :public Command
{
public:CommandFish(Cook* pcook) :Command(pcook) {}virtual void Execute(){m_pcook->cook_fish();}
};
//做锅包肉菜品命令（顾客下的锅包肉菜品便签）
class CommandMeat :public Command
{
public:CommandMeat(Cook* pcook) :Command(pcook) {}virtual void Execute(){m_pcook->cook_meat();}
};//-----------------------------
//服务员类
class Waiter
{
public://将顾客的便签增加到便签列表中，即便一个便签中包含多道菜品，这也相当于一道一道菜品加入到列表中void AddCommand(Command* pcommand){m_commlist.push_back(pcommand);}void DelCommand(Command* pcommand) //如果顾客想撤单则将便签从列表中删除{m_commlist.remove(pcommand);}void Notify() //服务员将所有便签一次性交到厨师手里让厨师开始按顺序做菜{//依次让厨师做每一道菜品for (auto iter = m_commlist.begin(); iter != m_commlist.end(); ++iter){(*iter)->Execute();}}
private://一个便签中可以包含多个菜品甚至可以一次收集多个顾客的便签，达到一次性通知厨师做多道菜的效果std::list<Command*> m_commlist; //菜品列表，每道菜品作为一项，如果一个便签中有多个菜品，则这里将包含多项
};int main()
{//一次性在便签上写下多道菜品Command* pcmd1 = new CommandFish(new Cook());Command* pcmd2 = new CommandMeat(new Cook());Waiter* pwaiter = new Waiter();//把多道菜品分别加入到菜品列表中pwaiter->AddCommand(pcmd1);pwaiter->AddCommand(pcmd2);//服务员一次性通知厨师做多道菜pwaiter->Notify();// 释放资源delete pwaiter;delete pcmd2;delete pcmd1;return 0;
}