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命令模式C++

news 2025/8/16 15:22:39

命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它将请求封装为一个对象，使你可以用不同的请求对客户进行参数化，还能支持请求的排队、记录日志及撤销操作。这种模式将发送者和接收者解耦，发送者无需知道接收者的具体实现。

命令模式的核心角色

Command（命令接口）：声明执行操作的接口（通常是execute()方法）
ConcreteCommand（具体命令）：实现命令接口，绑定接收者和具体操作
Receiver（接收者）：执行命令所对应的操作，知道如何实施具体行为
Invoker（调用者）：要求命令执行请求，持有命令对象
Client（客户端）：创建具体命令对象并设置其接收者

C++实现示例

以下以"智能家居控制系统"为例实现命令模式，支持对灯光、电视等设备的操作，以及命令的撤销功能：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>// 前向声明接收者类
class Light;
class Television;// 命令接口
class Command {
public:virtual ~Command() = default;virtual void execute() = 0;virtual void undo() = 0;virtual std::string getName() const = 0;
};// 接收者1：灯光
class Light {
private:std::string location;bool isOn;public:Light(std::string loc) : location(std::move(loc)), isOn(false) {}void on() {isOn = true;std::cout << location << "灯光 打开" << std::endl;}void off() {isOn = false;std::cout << location << "灯光 关闭" << std::endl;}bool getState() const {return isOn;}
};// 接收者2：电视
class Television {
private:std::string location;bool isOn;int channel;int volume;public:Television(std::string loc) : location(std::move(loc)), isOn(false), channel(1), volume(5) {}void on() {isOn = true;std::cout << location << "电视 打开" << std::endl;}void off() {isOn = false;std::cout << location << "电视 关闭" << std::endl;}void setChannel(int ch) {channel = ch;std::cout << location << "电视 频道设置为: " << channel << std::endl;}void setVolume(int vol) {volume = vol;std::cout << location << "电视 音量设置为: " << volume << std::endl;}bool getState() const {return isOn;}int getChannel() const {return channel;}int getVolume() const {return volume;}
};// 具体命令1：开灯
class LightOnCommand : public Command {
private:Light* light;bool previousState;  // 用于撤销操作public:LightOnCommand(Light* l) : light(l) {}void execute() override {previousState = light->getState();light->on();}void undo() override {if (previousState) {light->on();} else {light->off();}std::cout << "撤销 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return light->getState() ? "开灯" : "关灯";}
};// 具体命令2：关灯
class LightOffCommand : public Command {
private:Light* light;bool previousState;public:LightOffCommand(Light* l) : light(l) {}void execute() override {previousState = light->getState();light->off();}void undo() override {if (previousState) {light->on();} else {light->off();}std::cout << "撤销 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "关灯";}
};// 具体命令3：开电视
class TvOnCommand : public Command {
private:Television* tv;bool previousState;int previousChannel;int previousVolume;public:TvOnCommand(Television* t) : tv(t) {}void execute() override {previousState = tv->getState();previousChannel = tv->getChannel();previousVolume = tv->getVolume();tv->on();tv->setChannel(5);  // 默认打开5频道tv->setVolume(7);   // 默认音量7}void undo() override {if (previousState) {tv->on();tv->setChannel(previousChannel);tv->setVolume(previousVolume);} else {tv->off();}std::cout << "撤销 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "开电视";}
};// 具体命令4：关电视
class TvOffCommand : public Command {
private:Television* tv;bool previousState;public:TvOffCommand(Television* t) : tv(t) {}void execute() override {previousState = tv->getState();tv->off();}void undo() override {if (previousState) {tv->on();} else {tv->off();}std::cout << "撤销 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "关电视";}
};// 调用者：遥控器
class RemoteControl {
private:std::vector<std::unique_ptr<Command>> onCommands;std::vector<std::unique_ptr<Command>> offCommands;std::unique_ptr<Command> undoCommand;  // 记录上一个命令用于撤销public:RemoteControl(int slotCount) {// 初始化命令槽位onCommands.resize(slotCount);offCommands.resize(slotCount);}// 设置命令void setCommand(int slot, std::unique_ptr<Command> onCmd, std::unique_ptr<Command> offCmd) {if (slot >= 0 && slot < onCommands.size()) {onCommands[slot] = std::move(onCmd);offCommands[slot] = std::move(offCmd);}}// 按下开按钮void pressOnButton(int slot) {if (slot >= 0 && slot < onCommands.size() && onCommands[slot]) {onCommands[slot]->execute();undoCommand = std::move(onCommands[slot]);  // 保存命令用于撤销}}// 按下关按钮void pressOffButton(int slot) {if (slot >= 0 && slot < offCommands.size() && offCommands[slot]) {offCommands[slot]->execute();undoCommand = std::move(offCommands[slot]);  // 保存命令用于撤销}}// 按下撤销按钮void pressUndoButton() {if (undoCommand) {undoCommand->undo();} else {std::cout << "没有可撤销的操作" << std::endl;}}
};// 客户端代码
int main() {// 创建接收者Light* livingRoomLight = new Light("客厅");Light* bedroomLight = new Light("卧室");Television* livingRoomTv = new Television("客厅");// 创建命令auto livingRoomLightOn = std::make_unique<LightOnCommand>(livingRoomLight);auto livingRoomLightOff = std::make_unique<LightOffCommand>(livingRoomLight);auto bedroomLightOn = std::make_unique<LightOnCommand>(bedroomLight);auto bedroomLightOff = std::make_unique<LightOffCommand>(bedroomLight);auto tvOn = std::make_unique<TvOnCommand>(livingRoomTv);auto tvOff = std::make_unique<TvOffCommand>(livingRoomTv);// 创建遥控器（调用者），有3个槽位RemoteControl remote(3);// 给遥控器设置命令remote.setCommand(0, std::move(livingRoomLightOn), std::move(livingRoomLightOff));remote.setCommand(1, std::move(bedroomLightOn), std::move(bedroomLightOff));remote.setCommand(2, std::move(tvOn), std::move(tvOff));// 测试操作std::cout << "=== 执行一系列操作 ===" << std::endl;remote.pressOnButton(0);   // 开客厅灯remote.pressOnButton(2);   // 开客厅电视remote.pressOffButton(0);  // 关客厅灯remote.pressOnButton(1);   // 开卧室灯// 测试撤销std::cout << "\n=== 测试撤销操作 ===" << std::endl;remote.pressUndoButton();  // 撤销"开卧室灯"remote.pressUndoButton();  // 撤销"关客厅灯"remote.pressUndoButton();  // 撤销"开客厅电视"// 清理资源delete livingRoomLight;delete bedroomLight;delete livingRoomTv;return 0;
}

代码解析

命令接口（Command）：定义了execute()（执行命令）和undo()（撤销命令）方法，所有具体命令都需实现这两个方法。
接收者（Light、Television）：实现具体的业务逻辑（如开灯、关灯、开电视等），命令对象会调用这些方法。
具体命令：
- 每个命令类绑定一个接收者和对应的操作（如LightOnCommand绑定Light的on()方法）
- 实现execute()方法调用接收者的相应操作，并保存执行前的状态用于undo()
调用者（RemoteControl）：
- 持有多个命令对象（开/关命令对），通过按钮触发命令执行
- 记录上一个执行的命令，支持undo()操作
工作流程：客户端创建命令并绑定接收者，调用者通过命令间接操作接收者，实现了发送者与接收者的解耦。