C++ 设计模式-命令模式

命令模式（Command Pattern）是一种行为设计模式，它将请求封装为一个对象，从而可以用不同的请求对客户进行参数化，并且支持请求的排队、记录日志以及撤销操作。命令模式的核心思想是将“请求”封装为一个对象，使得可以用不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象。

示例：支持撤销操作的计算器

实现一个简单的计算器，它可以执行加法和减法操作，并且支持撤销上一次操作。

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1. 定义命令接口

命令接口包含两个方法：execute（执行操作）和 unexecute（撤销操作）。

class Command {
public:virtual ~Command() = default;virtual void execute() = 0;virtual void unexecute() = 0; // 撤销操作
};

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2. 创建接收者类

接收者类是实际执行操作的对象。在这里，接收者是一个计算器，它可以执行加法和减法。

class Calculator {
private:int value = 0; // 当前值public:void add(int x) {value += x;std::cout << "Added " << x << ", current value: " << value << std::endl;}void subtract(int x) {value -= x;std::cout << "Subtracted " << x << ", current value: " << value << std::endl;}int getValue() const {return value;}
};

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3. 创建具体命令类

我们为加法和减法分别创建具体的命令类。每个命令类都持有一个接收者对象（计算器）和一个操作数。

// 加法命令
class AddCommand : public Command {
private:Calculator& calculator;int operand;public:AddCommand(Calculator& calc, int x) : calculator(calc), operand(x) {}void execute() override {calculator.add(operand);}void unexecute() override {calculator.subtract(operand); // 撤销加法操作}
};// 减法命令
class SubtractCommand : public Command {
private:Calculator& calculator;int operand;public:SubtractCommand(Calculator& calc, int x) : calculator(calc), operand(x) {}void execute() override {calculator.subtract(operand);}void unexecute() override {calculator.add(operand); // 撤销减法操作}
};

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4. 创建调用者类

调用者类（Invoker）负责执行命令，并且可以支持撤销操作。我们可以通过一个栈来记录执行过的命令，以便撤销。

#include <stack>
#include <memory>class Invoker {
private:std::stack<std::shared_ptr<Command>> commandHistory; // 命令历史记录public:void executeCommand(std::shared_ptr<Command> command) {if (command) {command->execute();commandHistory.push(command); // 将命令记录到历史中}}void undo() {if (!commandHistory.empty()) {auto lastCommand = commandHistory.top();lastCommand->unexecute(); // 撤销上一次操作commandHistory.pop(); // 从历史记录中移除} else {std::cout << "No commands to undo." << std::endl;}}
};

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5. 客户端代码

在客户端代码中，我们创建计算器对象、命令对象，并通过调用者执行和撤销操作。

int main() {Calculator calculator;Invoker invoker;// 创建命令auto addFive = std::make_shared<AddCommand>(calculator, 5);auto subtractThree = std::make_shared<SubtractCommand>(calculator, 3);// 执行加法命令invoker.executeCommand(addFive); // 输出: Added 5, current value: 5// 执行减法命令invoker.executeCommand(subtractThree); // 输出: Subtracted 3, current value: 2// 撤销上一次操作invoker.undo(); // 输出: Added 3, current value: 5// 再次撤销invoker.undo(); // 输出: Subtracted 5, current value: 0// 尝试撤销空历史invoker.undo(); // 输出: No commands to undo.return 0;
}

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输出结果

Added 5, current value: 5
Subtracted 3, current value: 2
Added 3, current value: 5
Subtracted 5, current value: 0
No commands to undo.

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总结

1. 封装请求：将加法和减法操作封装为命令对象。
2. 解耦调用者和接收者：调用者（Invoker）不需要知道具体的操作细节，只需要调用命令对象的 execute 和 unexecute 方法。
3. 支持撤销操作：通过记录命令历史，可以轻松实现撤销功能。