C++如何实现命令模式 C++命令模式的设计与示例

命令模式封装请求以解耦发送者与接收者，策略模式封装算法以实现运行时替换。命令模式的核心在于将请求封装为对象，使能支持撤销、日志、排队等功能，主要涉及command、concretecommand、receiver、invoker和client五个角色；而策略模式通过封装不同的算法族，允许算法独立变化并可在运行时切换，核心在于算法的可替换性。两者虽均基于接口设计思想，但应用场景不同：命令模式适用于gui操作、事务处理、游戏动作记录等需保存或撤销请求的场景，策略模式则适用于支付方式、排序算法等需动态切换行为的场景。

C++命令模式的核心在于将请求封装成一个对象，从而允许你参数化客户端对象，支持请求排队、记录请求日志，以及支持可撤销的操作。简单来说，就是把“做什么”和“谁去做”解耦。

解决方案

命令模式涉及几个关键角色：

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• Command（命令接口）： 声明执行操作的接口。
• ConcreteCommand（具体命令）： 将一个接收者对象绑定于一个动作。调用接收者相应的操作，以实现 Execute。
• Receiver（接收者）： 知道如何实施与执行一个请求相关的操作。任何类都可以作为接收者。
• Invoker（调用者）： 要求命令执行请求。
• Client（客户端）： 创建 ConcreteCommand 对象并设置其接收者。

以下是一个简单的C++命令模式示例：

#include 
#include 

// Receiver
class Light {
public:
    void turnOn() {
        std::cout << "Light is ON" << std::endl;
    }

    void turnOff() {
        std::cout << "Light is OFF" << std::endl;
    }
};

// Command Interface
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual ~Command() {}
};

// Concrete Command
class TurnOnCommand : public Command {
private:
    Light* light;

public:
    TurnOnCommand(Light* light) : light(light) {}

    void execute() override {
        light->turnOn();
    }
};

// Concrete Command
class TurnOffCommand : public Command {
private:
    Light* light;

public:
    TurnOffCommand(Light* light) : light(light) {}

    void execute() override {
        light->turnOff();
    }
};

// Invoker
class RemoteControl {
private:
    std::vector commands;

public:
    void setCommand(Command* command) {
        commands.push_back(command);
    }

    void pressButton() {
        if (!commands.empty()) {
            commands.back()->execute();
            commands.pop_back(); // 执行后移除，简化示例
        } else {
            std::cout << "No command set" << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
    Light* livingRoomLight = new Light();

    TurnOnCommand* turnOnCmd = new TurnOnCommand(livingRoomLight);
    TurnOffCommand* turnOffCmd = new TurnOffCommand(livingRoomLight);

    RemoteControl* remote = new RemoteControl();
    remote->setCommand(turnOnCmd);
    remote->setCommand(turnOffCmd);

    remote->pressButton(); // Light is OFF (因为后设置的是TurnOffCommand)
    remote->pressButton(); // Light is ON

    delete turnOnCmd;
    delete turnOffCmd;
    delete livingRoomLight;
    delete remote;

    return 0;
}

这个例子中，Light是接收者，TurnOnCommand和TurnOffCommand是具体命令，RemoteControl是调用者。 客户端负责创建命令并将它们传递给调用者。

命令模式在C++中有什么实际应用场景？

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命令模式在GUI应用程序、事务处理、宏记录、以及游戏开发中都有广泛应用。例如，在文本编辑器中，每个操作（如复制、粘贴、删除）都可以封装成一个命令对象。这样做的好处是，可以很容易地实现撤销/重做功能，只需要维护一个命令历史记录即可。此外，命令模式还可以用于实现复杂的事务处理，确保一系列操作要么全部成功执行，要么全部回滚。 在游戏开发中，玩家的每一个操作（如移动、攻击）都可以视为一个命令，便于记录和回放。

C++中如何实现命令的撤销(Undo)和重做(Redo)？

实现撤销和重做功能，需要在Command接口中添加undo()方法，并在ConcreteCommand中实现该方法。同时，需要维护一个命令历史栈，用于记录已执行的命令。

// Command Interface (with Undo)
class Command {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual void undo() = 0; // 添加 undo 方法
    virtual ~Command() {}
};

// Concrete Command (with Undo)
class TurnOnCommand : public Command {
private:
    Light* light;
    bool previousState; // 记录之前的状态，以便 undo

public:
    TurnOnCommand(Light* light) : light(light), previousState(false) {}

    void execute() override {
        previousState = (/*假设Light有个getState()方法*/ false); // 实际应用中需要获取灯的当前状态
        light->turnOn();
    }

    void undo() override {
        if (previousState) {
            light->turnOn(); // 恢复到之前的状态（如果之前是开着的）
        } else {
            light->turnOff(); // 恢复到之前的状态（如果之前是关着的）
        }
    }
};

//Invoker (with Undo/Redo)
class RemoteControl {
private:
    std::vector commandHistory;
    int currentCommandIndex = -1; // 指向当前执行的命令

public:
    void executeCommand(Command* command) {
        command->execute();
        if (currentCommandIndex < (int)commandHistory.size() - 1) {
            // 如果执行了undo之后的新命令，则清除后面的历史
            commandHistory.erase(commandHistory.begin() + currentCommandIndex + 1, commandHistory.end());
        }
        commandHistory.push_back(command);
        currentCommandIndex++;
    }

    void undo() {
        if (currentCommandIndex >= 0) {
            commandHistory[currentCommandIndex]->undo();
            currentCommandIndex--;
        }
    }

    void redo() {
        if (currentCommandIndex < (int)commandHistory.size() - 1) {
            currentCommandIndex++;
            commandHistory[currentCommandIndex]->execute();
        }
    }
};

int main() {
    Light* livingRoomLight = new Light();
    RemoteControl* remote = new RemoteControl();

    TurnOnCommand* turnOnCmd = new TurnOnCommand(livingRoomLight);
    TurnOffCommand* turnOffCmd = new TurnOffCommand(livingRoomLight);

    remote->executeCommand(turnOnCmd); // Light is ON
    remote->executeCommand(turnOffCmd); // Light is OFF

    remote->undo(); // Light is ON
    remote->undo(); // Light is OFF

    remote->redo(); // Light is ON
    remote->redo(); // Light is OFF

    delete turnOnCmd;
    delete turnOffCmd;
    delete livingRoomLight;
    delete remote;

    return 0;
}

注意，undo()的实现需要根据具体情况进行调整，通常需要记录命令执行前的状态。此外，撤销/重做功能的实现还需要考虑内存管理，避免内存泄漏。

命令模式和策略模式有什么区别？

虽然命令模式和策略模式都涉及到封装，但它们的目的不同。命令模式封装的是请求，而策略模式封装的是算法。 命令模式的重点在于解耦请求的发送者和接收者，允许请求排队、记录日志等。 策略模式的重点在于提供一种在运行时选择算法的方式，使得算法可以独立于使用它的客户端而变化。 策略模式关注的是算法的可替换性，而命令模式关注的是请求的封装和执行。 简单来说，策略模式解决的是“用哪个算法”，命令模式解决的是“做什么操作”。