C++设计模式之——命令模式

概念

命令模式是一种行为型设计模式，它允许将请求封装为一个对象，从而使得可以参数化客户端请求、将请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

在C++中，命令模式通常由一个抽象命令类、具体命令类、命令接收者类和调用者类组成。

创建步骤

命令模式的主要步骤包括：

1.定义抽象命令类（Command）：创建一个抽象类或者接口，其中包含一个纯虚的执行方法，用于执行具体的命令操作。
2.创建具体命令类（Concrete Command）：继承自抽象命令类，实现具体的命令操作，同时持有一个命令接收者对象。
3.定义命令接收者类（Receiver）：这个类包含实际执行命令操作的方法。
4.创建调用者类（Invoker）：这个类负责存储和执行命令对象，可以包含一个命令队列，用于存储多个命令对象。

示例

示例一

代码实现

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <string>  

// 命令接口  
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
};

// 接收者接口  
class Receiver {//子类必须重写抽象类中所有的纯虚函数，否则子类也是抽象类
public:
    virtual void turnOn(std::string light) = 0;
    virtual void setSpeed(int speed) = 0;
};

// 具体接收者  
class LightReceiver : public Receiver {
public:
    void turnOn(std::string light) override {//只重写抽象类中的turnOn函数，LightReceiver也会变为抽象类
        std::cout << "Turning on " << light << std::endl;
    }
    void setSpeed(int speed) override {
        std::cout << "Setting fan speed to " << speed << std::endl;
    }
};

// 具体接收者  
class Fan : public Receiver {
public:
    void turnOn(std::string light) override {
        std::cout << "Turning on " << light << std::endl;
    }
    void setSpeed(int speed) override {
        std::cout << "Setting fan speed to " << speed << std::endl;
    }
};

// 具体命令  
class LightCommand : public Command {
public:
    LightCommand(LightReceiver*pLight,std::string light) : m_pLight(pLight),light_(light) {}
    void execute() override {
        std::cout << "Turning on " << light_ << std::endl;
        m_pLight->turnOn(light_);
    }
private:
    std::string light_;
    LightReceiver* m_pLight;
};

// 具体命令  
class FanCommand : public Command {
public:
    FanCommand(Fan* pFan,int speed) : m_pFan(pFan),speed_(speed) {}
    void execute() override {
        std::cout << "Setting fan speed to " << speed_ << std::endl;
        m_pFan->setSpeed(speed_);
    }
private:
    int speed_;
    Fan* m_pFan;
};

// 调用者接口  
class Invoker {
public:
    virtual void setCommand(Command* command) = 0;
    virtual void execute() = 0;
};

// 具体调用者  
class LightInvoker : public Invoker {
public:
    void setCommand(Command* command) override { m_pCommand = command; }
    void execute() override { m_pCommand->execute(); }
private:
    Command* m_pCommand;
};

int main() {
    LightReceiver light;
    LightCommand lightCommand(&light,"kitchen");
    LightInvoker lightInvoker;
    lightInvoker.setCommand(&lightCommand);
    lightInvoker.execute(); // 执行命令，调用接收者的turnOn方法，输出"Turning on kitchen"  
    return 0;
}

运行结果

示例二

代码实现

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <string>  

// 命令接口  
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
};

// 具体命令 - 加法命令  
class AddCommand : public Command {
public:
    AddCommand(int a, int b) : a_(a), b_(b) {}
    void execute() override {
        std::cout << "Result: " << a_ + b_ << std::endl;
    }
private:
    int a_, b_;
};

// 具体命令 - 减法命令  
class SubtractCommand : public Command {
public:
    SubtractCommand(int a, int b) : a_(a), b_(b) {}
    void execute() override {
        std::cout << "Result: " << a_ - b_ << std::endl;
    }
private:
    int a_, b_;
};

// 调用者 - 计算器  
class Calculator {
public:
    void addCommand(Command* command) {
        commands_.push_back(command);
    }
    void executeCommands() {
        for (auto command : commands_) {
            command->execute();
        }
    }
    ~Calculator() 
    {
        for (const auto &command: commands_)
        {
            delete command;
        }
    }
private:
    std::vector<Command*> commands_;
};

int main() {
    Calculator calculator;
    calculator.addCommand(new AddCommand(5, 3)); // 添加加法命令，执行后输出"Result: 8"  
    calculator.addCommand(new SubtractCommand(10, 4)); // 添加减法命令，执行后输出"Result: 6"  
    calculator.executeCommands(); // 执行所有命令，依次输出"Result: 8"和"Result: 6"  
    return 0;
}

运行结果

示例三

示例代码

#include <iostream>
#include <vector>

// 抽象命令类
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
};

// 命令接收者类
class Receiver {
public:
    void action() {
        std::cout << "Receiver action" << std::endl;
    }
};

// 具体命令类
class ConcreteCommand : public Command {
private:
    Receiver* receiver;

public:
    ConcreteCommand(Receiver* recv) : receiver(recv) {}

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


// 调用者类
class Invoker {
private:
    std::vector<Command*> commands;

public:
    void addCommand(Command* cmd) {
        commands.push_back(cmd);
    }

    void executeCommands() {
        for (Command* cmd : commands) {
            cmd->execute();
        }
    }
};

int main() {
    Receiver* receiver = new Receiver();
    ConcreteCommand* cmd = new ConcreteCommand(receiver);

    Invoker invoker;
    invoker.addCommand(cmd);
    invoker.executeCommands();

    delete receiver;
    delete cmd;

    return 0;
}

运行结果

示例四

代码实现

#include <iostream>
#include <vector>

// 命令接口
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
};

// 具体命令类 - 打开电视
class TurnOnTVCommand : public Command {
public:
    void execute() {
        std::cout << "Turning on the TV" << std::endl;
    }
};

// 具体命令类 - 关闭电视
class TurnOffTVCommand : public Command {
public:
    void execute() {
        std::cout << "Turning off the TV" << std::endl;
    }
};

// 遥控器
class RemoteControl {
private:
    Command* command;

public:
    void setCommand(Command* cmd) {
        command = cmd;
    }

    void pressButton() {
        command->execute();
    }
};

int main() {
    RemoteControl remote;

    TurnOnTVCommand onCommand;
    TurnOffTVCommand offCommand;

    remote.setCommand(&onCommand);
    remote.pressButton();

    remote.setCommand(&offCommand);
    remote.pressButton();

    return 0;
}

运行结果

应用场景

1.实现宏命令：命令模式可以与组合模式结合，将多个命令装配成一个组合命令，即宏命令。
2.日志记录和事务处理：在命令模式中，可以方便地增加额外功能，比如日志记录。此外，如果一个操作需要由多个子操作构成，而这些子操作需要被打包在一起作为一个单独的事务来执行，命令模式可以帮助实现这一功能。
3.支持撤销和重做：命令模式可以方便地实现撤销（Undo）和重做（Redo）功能。
4.队列请求：当需要将请求排队，例如用户界面中的点击事件或网络请求，命令模式可以将这些请求封装为对象并放入队列中等待处理。
5.多线程操作：命令模式可以帮助多线程操作，多个线程可以发出操作命令，程序可以在后台自动发出指令并处理其他业务，而不用等待线程完成操作。
6.系统需要将请求调用者和请求接收者解耦：命令模式使调用者和接收者不直接交互。
7.系统随机请求命令或经常增加、删除命令：命令模式可以方便地实现这些功能。
8.当系统需要执行一组操作时：命令模式可以定义宏命令来实现该功能。

总的来说，命令模式的应用场景主要在于解耦请求与实现，封装接收方具体命令的实现细节，使得请求方的代码架构稳定，具备良好的扩展性。