C++命令模式
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简述
命令模式（Command Pattern）是一种数据驱动的设计模式，它属于行为型模式。请求以命令的形式包裹在对象中，并传递给调用对象。调用对象寻找可以处理该命令的合适对象，并把该命令传给相应的对象，该对象执行命令。
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背景
在应用程序中，经常需要对相同的数据执行多个操作。可以这样简单的理解：用户有一些数据，并且界面提供了很多选项，他可以对该数据进行其中的某些操作。例如，图片处理器：可以选择旋转/翻转/反转照片。另外，一旦有不满意的处理，很有可能需要撤消。这就是基本的业务逻辑，必须要在实现过程中考虑清楚。
大多情况下，最容易想到的是：当动作触发后，调用接收者对应的方法。但是这存在不少问题：
- 要写很多条件代码，必须为每个操作编写非常类似的代码。
- 如果有更多的命令，就会发现需要经常更改现有代码。
显然，这种无法抵御变化的紧耦合设计不太合适。在这种情况下，如何将“行为请求者”与“行为实现者”解耦？将一组行为抽象为对象，实现二者之间的松耦合。这就是命令模式。
模式结构
UML 结构图：
- Command：定义命令的接口，声明执行的方法。
- ConcreteCommand：命令接口实现对象，是“虚”的实现；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
- Receiver：接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。
- Invoker：要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。
- Client：创建具体命令对象，并设置其接收者（注意： 这并非常规意义上的客户端，而是在组装命令对象和接收者。或许，把这个 Client 称为装配者会更好理解，因为真正使用命令的客户端是从 Invoker 来触发执行）。
代码实现
简易计算器
简易计算器主要专注于理解命令模式，而不是实现一个真正的计算器。因此，将对一组固定的数据（x = 20, y = 10）进行基本操作（加减乘除）。假设将创建一个这样的应用程序：
从 Command 类开始，这是一个抽象类，将被用作执行命令的接口。其他的 ConcreteCommand 类派生自它，提供了具体的命令（加减乘除）。
command.h
#ifndef COMMAND_H#define COMMAND_Hclass IReciever;// 提供执行命令的接口class Command{public: Command(IReciever *reciever); virtual int execute() = 0; // 执行命令protected: IReciever *m_pReciever;};// 加法class AddCommand : public Command{public: AddCommand(IReciever *reciever); int execute();};// 减法class SubtractCommand : public Command{public: SubtractCommand(IReciever *reciever); int execute();};// 乘法class MultiplyCommand : public Command{public: MultiplyCommand(IReciever *reciever); int execute();};// 除法class DivideCommand : public Command{public: DivideCommand(IReciever *reciever); int execute();};#endif // COMMAND_H command.cpp
#include "command.h"#include "reciever.h"Command::Command(IReciever *reciever) : m_pReciever(reciever){}// 加法AddCommand::AddCommand(IReciever *reciever) : Command(reciever){}int AddCommand::execute(){ m_pReciever->setAction(TYPES::ACTION::ADD); return m_pReciever->getResult();}// 减法SubtractCommand::SubtractCommand(IReciever *reciever) : Command(reciever){}int SubtractCommand::execute(){ m_pReciever->setAction(TYPES::ACTION::SUBTRACT); return m_pReciever->getResult();}// 乘法MultiplyCommand::MultiplyCommand(IReciever *reciever) : Command(reciever){}int MultiplyCommand::execute(){ m_pReciever->setAction(TYPES::ACTION::MULTIPLY); return m_pReciever->getResult();}// 除法DivideCommand::DivideCommand(IReciever *reciever) : Command(reciever){}int DivideCommand::execute(){ m_pReciever->setAction(TYPES::ACTION::DIVIDE); return m_pReciever->getResult();} 准备好命令的层次结构后，现在来编写真正的程序逻辑 - 需要一个类来进行计算 - Reciever，提供了一个接口表示接收者的主要功能，其中 Calculator 类为 Reciever 的具体实现：
reciever.h
#ifndef RECIEVER_H#define RECIEVER_Hnamespace TYPES{ enum ACTION { ADD, // 加法 SUBTRACT, // 减法 MULTIPLY, // 乘法 DIVIDE // 除法 };}// 命令接收者class IReciever{public: virtual void setAction(TYPES::ACTION action) = 0; // 设置具体命令 virtual int getResult() = 0; // 获取命令结果};// 命令接收者具体实现class Calculator : public IReciever{public: Calculator(int x, int y); void setAction(TYPES::ACTION action); int getResult();private: int m_nX; int m_nY; TYPES::ACTION m_currentAction;};#endif // RECIEVER_H reciever.cpp
#include "reciever.h"Calculator::Calculator(int x, int y) : m_nX(x), m_nY(y){}void Calculator::setAction(TYPES::ACTION action){ m_currentAction = action;}int Calculator::getResult(){ int nResult; switch (m_currentAction) { case TYPES::ACTION::ADD : nResult = m_nX + m_nY; break; case TYPES::ACTION::SUBTRACT : nResult = m_nX - m_nY; break; case TYPES::ACTION::MULTIPLY : nResult = m_nX * m_nY; break; case TYPES::ACTION::DIVIDE : nResult = m_nX / m_nY; break; default: break; } return nResult;} 需要一个类，让用户选择要执行的命令 - Client（也就是 UI）。最后，还需要写一个 Invoker，在示例中依然是用户界面。
widget.h
#ifndef WIDGET_H#define WIDGET_H#include#include "reciever.h"#include "command.h"class QLineEdit;class Widget : public QWidget{ Q_OBJECTpublic: Widget(QWidget *parent = 0); ~Widget();private Q_SLOTS: void onButtonClicked(int id); // 设置当前命令 void onCalculate(); // 计算结果private: QLineEdit *m_pResultEdit; Calculator calculator; Command *command; // 用于调用命令 AddCommand addCmd; // 加法 SubtractCommand subCmd; // 减法 MultiplyCommand mulCmd; // 乘法 DivideCommand divCmd; // 除法};#endif // WIDGET_H
widget.cpp
#include "widget.h"#include#include #include #include #include #include Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent), calculator(20, 10), command(nullptr), addCmd(&calculator), subCmd(&calculator), mulCmd(&calculator), divCmd(&calculator){ setWindowTitle("Calculator"); setWindowIcon(QIcon(":/logo.png")); // 按钮组 QButtonGroup *pButtonGroup = new QButtonGroup(this); QRadioButton *pAddButton = new QRadioButton("+", this); QRadioButton *pSubButton = new QRadioButton("-", this); QRadioButton *pMulButton = new QRadioButton("*", this); QRadioButton *pDivButton = new QRadioButton("/", this); QLabel *pLabel = new QLabel("x = 20, y = 10", this); m_pResultEdit = new QLineEdit(this); QPushButton *pCalButton = new QPushButton("Calculate", this); m_pResultEdit->setReadOnly(true); pButtonGroup->addButton(pAddButton, 0); pButtonGroup->addButton(pSubButton, 1); pButtonGroup->addButton(pMulButton, 2); pButtonGroup->addButton(pDivButton, 3); pButtonGroup->setExclusive(true); // 互斥 QHBoxLayout *pHLayout = new QHBoxLayout(); pHLayout->addWidget(pAddButton); pHLayout->addWidget(pSubButton); pHLayout->addWidget(pMulButton); pHLayout->addWidget(pDivButton); pHLayout->setContentsMargins(0, 0, 0, 0); pHLayout->setSpacing(10); QVBoxLayout *pLayout = new QVBoxLayout(this); pLayout->addWidget(pLabel); pLayout->addWidget(m_pResultEdit); pLayout->addLayout(pHLayout); pLayout->addWidget(pCalButton); pLayout->setSpacing(10); pLayout->setContentsMargins(10, 10, 10, 10); // 连接信号槽 connect(pButtonGroup, static_cast (&QButtonGroup::buttonClicked), this, &Widget::onButtonClicked); connect(pCalButton, &QPushButton::clicked, this, &Widget::onCalculate); // 默认选择加法 pButtonGroup->button(0)->click();}Widget::~Widget(){}// 设置当前命令void Widget::onButtonClicked(int id){ if (id == 0) { command = &addCmd; } else if (id == 1) { command = &subCmd; } else if (id == 2) { command = &mulCmd; } else if (id == 3) { command = &divCmd; }}// 计算结果void Widget::onCalculate(){ int nResult = command->execute(); m_pResultEdit->setText(QString::number(nResult));}
单选按钮所触发的事件只是改变要使用的命令对象，并且当用户选择计算时，将使用适当的命令对象来获取结果。
命令队列
根据命令模式，实现一个命令队列，形成一个命令链。
以打车为例，又是滴滴（~O(∩_∩)O~），用户发起一个“打车”命令，司机接单，到达终点时，用户再次发起一个“付款”命令，司机收款。
和上述示例类似， Command 是一个抽象类，将被用作执行命令的接口。其他的 ConcreteCommand 类派生自它，提供了具体的命令（打车/付款）。
command.h
#ifndef COMMAND_H#define COMMAND_Hclass Reciever;// 提供执行命令的接口class Command{public: Command(Reciever *reciever); virtual void execute() = 0; // 执行命令protected: Reciever *m_pReciever;};// 打车class TakeCommand : public Command{public: TakeCommand(Reciever *reciever); void execute();};// 付款class PayCommand : public Command{public: PayCommand(Reciever *reciever); void execute();};#endif // COMMAND_H command.cpp
#include "command.h"#include "reciever.h"#includeCommand::Command(Reciever *reciever) : m_pReciever(reciever){}// 打车TakeCommand::TakeCommand(Reciever *reciever) : Command(reciever){}void TakeCommand::execute(){ std::cout << "Take command..." << std::endl; m_pReciever->takeOrder();}// 付款PayCommand::PayCommand(Reciever *reciever) : Command(reciever){}void PayCommand::execute(){ std::cout << "Pay command..." << std::endl; m_pReciever->receipt();}
有了 Command，就需要有对应的 Invoker 来持有命令，然后进行触发。
invoker.h
#ifndef INVOKER_H#define INVOKER_H#include#include "command.h"// 命令的持有者class Invoker{public: Invoker(); void addCmd(Command *cmd); // 添加命令 void deleteCmd(Command *cmd); // 删除命令 void notify(); // 执行命令private: std::list
m_cmds; // 命令队列};#endif // INVOKER_H
invoker.cpp
#include "invoker.h"Invoker::Invoker(){}void Invoker::addCmd(Command *cmd){ m_cmds.push_back(cmd);}void Invoker::deleteCmd(Command *cmd){ m_cmds.remove(cmd);}void Invoker::notify(){ std::list::iterator it = m_cmds.begin(); while (it != m_cmds.end()) { (*it)->execute(); ++it; }} 最后是 Reciever，也就是司机，用于执行命令（接单/收款）。
reciever.h
#ifndef RECIEVER_H#define RECIEVER_H// 司机class Reciever{ public: void takeOrder(); // 接单 void receipt(); // 收款};#endif // RECIEVER_H reciever.cpp
#include "reciever.h"#include// 接单void Reciever::takeOrder(){ std::cout << "Take order..." << std::endl;}// 收款void Reciever::receipt(){ std::cout << "Receipt..." << std::endl;}
使用起来比较简单：
#include "invoker.h"#include "reciever.h"#include "command.h"int main(){ Reciever *rev = new Reciever(); Command *cmd1 = new TakeCommand(rev); PayCommand *cmd2 = new PayCommand(rev); Invoker inv; inv.addCmd(cmd1); inv.addCmd(cmd2); inv.notify(); delete cmd1; delete cmd2; delete rev; return 0;} 输出如下：
Take command…
Take order… Pay command… Receipt…
开始，我们创建了两个命令（打车 & 付款），通过 Invoker 的 addCmd() 将他们加入至命令队列，然后 notify() 通知执行命令，这样，就形成了一个命令链。
兴趣点
要降低发送者和接收者之间的耦合度，命令模式是一种非常好的方式。在实现命令模式时，要记住，最重要的事情是：命令只是发送者和接收者之间的链接。它应该只告诉接收者发送者期望的是什么，而不应该以任何方式改变发送者和接收者的逻辑。
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