详解设计模式中的Command命令模式及相关C++实现

什么是Command模式？

Command模式是一种行为型设计模式，它将请求封装成一个对象，从而使您可以使用不同的请求、队列或日志请求参数化客户端对象。该模式还支持撤销操作。

Command模式的角色

Command模式涉及以下四个角色：

• Receiver： 程序执行实际操作的对象（比如照明系统、音响设备等）。

• Command：把调用指令封装成每个命令对象中的对象。

• Invoker：给出一个适当的命令，然后按照客户端的要求执行命令。

• Client：实际上是一个使用Invoker类的对象。

Command模式的实现

在C++语言中，可以通过将Command实现为抽象基类，并调用实际操作的虚函数来实现这种模式。

下面是一个使用Command模式控制灯光的示例：

实现步骤

1.定义包含"switch_on"和"switch_off" 函数的Receiver类。

class Receiver {
public:
    void switch_on() {
        cout << "Light switched on!" << endl;
    }

    void switch_off() {
        cout << "Light switched off!" << endl;
    }
};

2.定义Command类，使用其中的"execute"函数来调用实际操作。

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

3.定义两个具体的Command实现，用于打开和关闭灯光。

class Switch_on_Command: public Command {
public:
    Switch_on_Command(Receiver *r) {
        receiver = r;
    }

    void execute() {
        receiver->switch_on();
    }

private:
    Receiver *receiver;
};

class Switch_off_Command: public Command {
public:
    Switch_off_Command(Receiver *r) {
        receiver = r;
    }

    void execute() {
        receiver->switch_off();
    }

private:
    Receiver *receiver;
};

4.定义Invoker类，它可以包含一个Command对象，并调用其中的"execute"函数。

class Invoker {
public:
    Invoker(Command *c) {
        cmd = c;
    }

    void execute() {
        cmd->execute();
    }

private:
    Command *cmd;
};

5.定义Client类，它将Receiver、Command和Invoker组合在一起。

int main() {
    Receiver *r = new Receiver();
    Switch_on_Command *switch_on_command = new Switch_on_Command(r);
    Switch_off_Command *switch_off_command = new Switch_off_Command(r);

    Invoker *invoker_for_switch_on_command = new Invoker(switch_on_command);
    Invoker *invoker_for_switch_off_command = new Invoker(switch_off_command);

    invoker_for_switch_on_command->execute();
    invoker_for_switch_off_command->execute();

    return 0;
}

运行程序后，将输出以下内容：

Light switched on!
Light switched off!

另一个Command模式的示例

下面是一个更有趣的示例，该示例使用Command模式在电视机上切换频道：

实现步骤

1.定义包含"channel_up"和"channel_down" 函数的电视机类。

class TV {
public:
    void channel_up() {
        cout << "Channel up!" << endl;
    }

    void channel_down() {
        cout << "Channel down!" << endl;
    }
};

2.定义Command类，使用其中的"execute"函数来调用实际操作。

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

3.定义两个具体的Command实现，用于打开和关闭灯光。

class Channel_up_Command: public Command {
public:
    Channel_up_Command(TV *tv) {
        tv_object = tv;
    }

    void execute() {
        tv_object->channel_up();
    }

private:
    TV *tv_object;
};

class Channel_down_Command: public Command {
public:
    Channel_down_Command(TV *tv) {
        tv_object = tv;
    }

    void execute() {
        tv_object->channel_down();
    }

private:
    TV *tv_object;
};

4.定义Invoker类，它可以包含一个Command对象，并调用其中的"execute"函数。

class Invoker {
public:
    Invoker(Command *c) {
        cmd = c;
    }

    void execute() {
        cmd->execute();
    }

private:
    Command *cmd;
};

5.定义Client类，它将TV、Command和Invoker组合在一起。

int main() {
    TV *tv = new TV();
    Channel_up_Command *channel_up_command = new Channel_up_Command(tv);
    Channel_down_Command *channel_down_command = new Channel_down_Command(tv);

    Invoker *invoker_for_channel_up_command = new Invoker(channel_up_command);
    Invoker *invoker_for_channel_down_command = new Invoker(channel_down_command);

    invoker_for_channel_up_command->execute();
    invoker_for_channel_down_command->execute();

    return 0;
}

运行程序后，将输出以下内容：

Channel up!
Channel down!

总结

Command模式提供了一种旨在将请求封装成一个对象的方法，从而支持日志记录、队列和撤销操作。它优雅地解决了解决了用obj.method()的实现方式，将程序中的行为抽象出来。Command模式几乎是任何面向对象编程语言的必备技能，可以大大提高您的代码能力。