C++如何实现命令模式(Command Pattern)_C++设计模式与命令模式实现

命令模式通过封装请求为对象实现调用者与接收者解耦，支持撤销、重做和任务队列；其核心角色包括Command接口、ConcreteCommand、Receiver、Invoker和Client；示例中以TextEditor为接收者，OpenCommand和SaveCommand为具体命令，Button为调用者，通过execute()执行操作；扩展undo()方法可实现撤销功能，CommandHistory记录命令历史；C++11后可用std::function和lambda简化实现；命令应保持独立无状态以避免副作用。

命令模式是一种行为设计模式，它将请求封装为对象，从而使你可以用不同的请求、队列、日志来参数化其他对象。在C++中，命令模式通过抽象命令接口、具体命令类和接收者（Receiver）协作实现解耦。这种模式常用于实现撤销/重做、任务队列、远程调用等场景。

命令模式的核心结构

命令模式通常包含以下几个角色：

• Command（命令接口）：声明执行操作的接口，通常是一个虚函数execute()。
• ConcreteCommand（具体命令）：实现Command接口，持有一个接收者对象，并在execute()中调用接收者的相应方法。
• Receiver（接收者）：真正执行请求的对象，包含具体的业务逻辑。
• Invoker（调用者）：持有命令对象，通过调用命令的execute()来触发请求。
• Client（客户端）：创建命令对象并绑定接收者，然后将命令交给调用者。

基础实现示例

以下是一个简单的文本编辑器中“打开文件”和“保存文件”命令的实现：

#include 
#include 
#include 

// 接收者：执行实际操作
class TextEditor {
public:
    void open() {
        std::cout << "TextEditor: 打开文件\n";
    }

    void save() {
        std::cout << "TextEditor: 保存文件\n";
    }
};

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

// 具体命令：打开文件
class OpenCommand : public Command {
private:
    TextEditor& editor;
public:
    OpenCommand(TextEditor& e) : editor(e) {}

    void execute() override {
        editor.open();
    }
};

// 具体命令：保存文件
class SaveCommand : public Command {
private:
    TextEditor& editor;
public:
    SaveCommand(TextEditor& e) : editor(e) {}

    void execute() override {
        editor.save();
    }
};

// 调用者：按钮或快捷键
class Button {
private:
    std::unique_ptr command;
public:
    void setCommand(std::unique_ptr cmd) {
        command = std::move(cmd);
    }

    void click() {
        if (command) {
            command->execute();
        }
    }
};

使用方式如下：

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int main() {
    TextEditor editor;

    // 客户端创建命令并绑定接收者
    auto openCmd = std::make_unique(editor);
    auto saveCmd = std::make_unique(editor);

    // 设置到调用者（如按钮）
    Button openButton, saveButton;
    openButton.setCommand(std::move(openCmd));
    saveButton.setCommand(std::move(saveCmd));

    // 模拟用户点击
    openButton.click();  // 输出：TextEditor: 打开文件
    saveButton.click();  // 输出：TextEditor: 保存文件

    return 0;
}

支持撤销操作的扩展

命令模式天然适合实现撤销功能。只需在命令接口中增加undo()方法：

class Command {
public:
    virtual ~Command() = default;
    virtual void execute() = 0;
    virtual void undo() {}  // 可选，默认为空
};

class SaveCommand : public Command {
private:
    TextEditor& editor;
public:
    SaveCommand(TextEditor& e) : editor(e) {}

    void execute() override {
        editor.save();
    }

    void undo() override {
        std::cout << "TextEditor: 撤销保存\n";
    }
};

调用者可以记录历史命令以支持撤销：

class CommandHistory {
private:
    std::vector> history;
public:
    void push(std::unique_ptr cmd) {
        history.push_back(std::move(cmd));
    }

    void undo() {
        if (!history.empty()) {
            history.back()->undo();
            history.pop_back();
        }
    }
};

使用函数对象简化实现

C++11以后，可以用std::function和lambda表达式简化命令模式：

#include 

class FunctionalCommand : public Command {
private:
    std::function doAction;
    std::function undoAction;
public:
    FunctionalCommand(std::function exec, std::function un = []{})
        : doAction(exec), undoAction(un) {}

    void execute() override {
        doAction();
    }

    void undo() override {
        undoAction();
    }
};

// 使用示例
TextEditor editor;
auto cmd = std::make_unique(
    [&editor]() { editor.save(); },
    []() { std::cout << "撤销保存\n"; }
);

基本上就这些。命令模式通过将操作封装成对象，实现了调用者与接收者的解耦，增强了系统的可扩展性和灵活性。不复杂但容易忽略的是，每个命令应尽量保持独立和无状态，避免共享数据带来的副作用。