21.命令模式（Command Pattern）

定义

命令模式（Command Pattern） 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、日志请求以及支持撤销操作等功能。命令模式通过将请求（命令）封装成对象，使得客户端可以将请求发送者与请求接收者解耦，从而更灵活地控制操作的执行。

特性

• 命令对象：将请求封装成一个命令对象，该命令对象包含了执行的具体操作。
• Invoker（调用者）：调用命令对象的 execute() 方法来执行相应的操作。
• Receiver（接收者）：实际执行命令的对象。
• Client（客户端）：客户端创建命令对象并设置命令的接收者。
• Command（命令接口）：定义命令接口，声明执行操作的抽象方法。

命令模式使得我们能够通过不同的命令对象来执行不同的操作，且操作的执行由调用者控制。

场景

适用场景

• 请求调用者与请求接收者解耦：当客户端希望通过发送请求来调用不同的操作，而不希望知道具体如何执行时，可以使用命令模式。
• 需要参数化对象：当需要参数化对象进行命令的请求时，命令模式可以封装请求的参数。
• 支持撤销和恢复操作：命令模式非常适合实现撤销和恢复操作，通过存储命令对象及其执行过程，能够轻松地实现撤销功能。
• 支持队列或日志请求：命令模式可以将请求封装成对象，方便将多个命令排入队列或记录日志。

应用场景

• 图形用户界面（GUI）中的按钮点击事件：通过命令模式将按钮的点击事件封装为命令，使得不同按钮的操作可以被独立控制。
• 事务管理系统：在事务管理中，命令可以表示一系列操作，通过命令模式进行回滚或恢复。
• 多操作处理系统：在系统中可能有多个操作（如编辑操作），使用命令模式可以统一管理操作。

类设计

命令模式通常包括以下几个角色：

1. Command（命令接口）：声明执行操作的抽象方法。
2. ConcreteCommand（具体命令类）：实现了 Command 接口，封装了具体的请求与接收者之间的关系。
3. Receiver（接收者）：负责执行与请求相关的操作。
4. Invoker（调用者）：调用命令对象来执行请求。
5. Client（客户端）：客户端创建命令对象并设置接收者。

代码实现

我们设计一个 遥控器操作 的例子。遥控器上有多个按钮，每个按钮对应一个操作（如打开电视、关闭空调等）。我们使用命令模式来封装每个按钮的操作，并通过遥控器（调用者）来执行这些操作。

1. 定义命令接口（Command）

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 命令接口
class Command {
public:virtual void execute() = 0;  // 执行命令的接口virtual ~Command() {}
};

• Command 是命令接口，声明了 execute() 方法，该方法将由具体命令类来实现。

2. 定义具体命令类（ConcreteCommand）

// 电视打开命令
class TVOnCommand : public Command {
private:class TV* tv;  // 接收者（电视）public:TVOnCommand(class TV* tv) : tv(tv) {}void execute() override {tv->turnOn();  // 执行命令：打开电视}
};// 电视关闭命令
class TVOffCommand : public Command {
private:class TV* tv;public:TVOffCommand(class TV* tv) : tv(tv) {}void execute() override {tv->turnOff();  // 执行命令：关闭电视}
};// 空调开命令
class ACOnCommand : public Command {
private:class AC* ac;public:ACOnCommand(class AC* ac) : ac(ac) {}void execute() override {ac->turnOn();  // 执行命令：打开空调}
};// 空调关命令
class ACOffCommand : public Command {
private:class AC* ac;public:ACOffCommand(class AC* ac) : ac(ac) {}void execute() override {ac->turnOff();  // 执行命令：关闭空调}
};

• 每个命令类（如 TVOnCommand、TVOffCommand 等）都实现了 Command 接口，并封装了具体的操作逻辑。
• 每个命令类持有一个接收者（例如 TV 或 AC），并在 execute() 方法中调用接收者的方法执行具体的操作。

3. 定义接收者类（Receiver）

class TV {
public:void turnOn() {cout << "TV is turned ON." << endl;}void turnOff() {cout << "TV is turned OFF." << endl;}
};class AC {
public:void turnOn() {cout << "AC is turned ON." << endl;}void turnOff() {cout << "AC is turned OFF." << endl;}
};

• TV 和 AC 类是接收者，包含了执行具体操作的方法（例如打开电视、关闭空调）。

4. 定义调用者类（Invoker）

class RemoteControl {
private:Command* command;  // 持有命令对象public:void setCommand(Command* command) {this->command = command;  // 设置命令对象}void pressButton() {command->execute();  // 执行命令}
};

• RemoteControl 类是调用者，持有一个命令对象并在按下按钮时执行该命令。

5. 客户端调用

int main() {// 创建接收者对象TV* tv = new TV();AC* ac = new AC();// 创建命令对象Command* tvOn = new TVOnCommand(tv);Command* tvOff = new TVOffCommand(tv);Command* acOn = new ACOnCommand(ac);Command* acOff = new ACOffCommand(ac);// 创建遥控器RemoteControl* remote = new RemoteControl();// 按下按钮打开电视remote->setCommand(tvOn);remote->pressButton();// 按下按钮关闭电视remote->setCommand(tvOff);remote->pressButton();// 按下按钮打开空调remote->setCommand(acOn);remote->pressButton();// 按下按钮关闭空调remote->setCommand(acOff);remote->pressButton();// 清理内存delete tv;delete ac;delete tvOn;delete tvOff;delete acOn;delete acOff;delete remote;return 0;
}

6. 输出结果

TV is turned ON.
TV is turned OFF.
AC is turned ON.
AC is turned OFF.

• 客户端通过 RemoteControl 类来控制设备的开关，每次按下按钮时，遥控器都会调用相应命令对象的 execute() 方法，来完成实际的操作。

命令模式的优缺点

优点

• 解耦发送者和接收者：命令模式将请求的发送者和接收者解耦，客户端不需要知道谁会处理请求，只需要发送命令对象即可。
• 支持撤销和恢复：命令模式可以很容易实现撤销和恢复操作，命令对象可以保存执行过程，支持回滚。
• 命令队列和日志：命令可以存储在队列中或日志中，方便管理和回溯。
• 可扩展性：新命令的增加不会影响现有代码，只需要新增具体命令类即可。

缺点

• 类的数量增加：每个命令都会对应一个具体的命令类，可能会增加类的数量。
• 系统结构复杂：使用命令模式时，系统中需要管理多个命令类、调用者和接收者，可能使系统结构变得复杂。

场景

适用场景：

• GUI事件处理：例如，按钮点击、菜单选择等GUI事件的处理，可以通过命令模式将每个事件封装为命令对象。
• 任务调度系统：将任务封装成命令对象，通过队列或调度器执行任务。
• 撤销/恢复功能：如文本编辑器、绘图软件等，需要提供撤销和重做的功能，命令模式能很方便地实现该功能。
• 宏命令：多个命令可以组合成一个“宏命令”，一起执行。

应用场景：

1. 文本编辑器的撤销操作：用户进行文本编辑时，编辑操作可以封装为命令对象，撤销时，可以通过命令对象来恢复到之前的状态。
2. 图形编辑器中的操作：在图形编辑器中，用户可以执行绘制、删除、移动等操作，每个操作都可以封装为命令对象，便于撤销和重做。
3. 网络请求处理：网络请求可以封装为命令对象，每个请求可以通过命令对象来执行，便于管理请求的执行顺序和状态。

总结

命令模式通过将请求封装成命令对象，使得请求的发送者与接收者解耦。它可以帮助简化系统中的操作，支持撤销/恢复功能，并使得系统更具扩展性。命令模式适用于事件处理、任务调度、宏命令等场景，可以使系统的操作更加灵活和可管理。