[设计模式] 设计模式课程（二十）--命令模式（Command）

概述

• “行为变化”模式：组件构建过程中，组件行为的变化经常会导致组件本身剧烈的变化。“行为变化”模式将组件的行为和组件本身进行解耦，从而支持组件行为的变化，实现两者之间的松耦合
• 动机：在软件构建过程中，“行为请求者”与“行为实现者”通常呈现一种“紧耦合”。但在某些场合——如需要对行为进行“记录、撤销（redo/undo）”等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的
• 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，可实现二者间的松耦合
• GoF：一个请求（行为）封装为对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，及支持可撤销的操作
• 封装：创建对象的过程
• 对象能干什么：当做参数传递，当做字段存储，序列化，存在数据结构里（灵活性）
• Command模式的根本目的在于将“行为请求者”与“行为实现者”解耦，在面向对象语言中，常见的实现手段是“将行为抽象为对象”
• 实现Command接口的具体命令对象ConcreteCommand有时根据需要可能会保存一些额外的信息，通过使用Composite模式，可能将多个“命令”封装为一个“复合命令”MacroCommand
• Command模式与C++中的函数对象有些类似（都实现了行为对象化），但两者定义行为接口的规范有所区别：Command以面向对象中的“接口-实现”来定义行为接口规范，更严格，但有性能损失（运行时绑定）；C++函数对象以函数签名来定义行为接口规范，更灵活，性能更高（编译时绑定）
• C++中一般用函数对象+泛型编程替代（性能高），在 Java, C#, Swift 中应用广泛
• 一种观点：设计模式是弥补语言模式的不足而出现

场景

• 餐厅点菜，通过服务员把点菜单传递给厨师做菜
• GUI中，通过菜单，工具栏，快捷键等实现复制功能
• 通过操作来参数化对象
• 将操作放入队列中，远程执行操作
• 实现操作回滚功能

结构

• 发送者（触发者）类：对请求进行初始化，包含成员变量存储对命令对象的引用
• 命令接口：声明一个执行命令的方法
• 具体命令：实现各种类型的请求
• 接收者：包含业务逻辑
• 客户端：创建并配置

场景

示例1

Command.cpp

 1 #include <iostream>
 2 #include <vector>
 3 #include <string>
 4 using namespace std;
 5
 6 class Command
 7 {
 8 public:
 9     virtual void execute() = 0;
10 };
11
12 class ConcreteCommand1 : public Command
13 {
14     string arg;
15 public:
16     ConcreteCommand1(const string & a) : arg(a) {}
17     void execute() override
18     {
19         cout<< "#1 process..."<<arg<<endl;
20     }
21 };
22
23 class ConcreteCommand2 : public Command
24 {
25     string arg;
26 public:
27     ConcreteCommand2(const string & a) : arg(a) {}
28     void execute() override
29     {
30         cout<< "#2 process..."<<arg<<endl;
31     }
32 };
33
34 class MacroCommand : public Command
35 {
36     vector<Command*> commands;
37 public:
38     void addCommand(Command *c) { commands.push_back(c); }
39     void execute() override
40     {
41         for (auto &c : commands)
42         {
43             c->execute();
44         }
45     }
46 };
47
48 int main()
49 {
50
51     ConcreteCommand1 command1(receiver, "Arg ###");
52     ConcreteCommand2 command2(receiver, "Arg $$$");
53
54     MacroCommand macro;
55     macro.addCommand(&command1);
56     macro.addCommand(&command2);
57
58     macro.execute();
59
60 }

• 43：运行时辨析，c的具体类型决定excute()操作是什么
• 51-52：创建命令
• 54-56：组合命令
• 58：执行命令

示例2

  1 // 命令基类会为所有具体命令定义通用接口。
  2 abstract class Command is
  3     protected field app: Application
  4     protected field editor: Editor
  5     protected field backup: text
  6
  7     constructor Command(app: Application, editor: Editor) is
  8         this.app = app
  9         this.editor = editor
 10
 11     // 备份编辑器状态。
 12     method saveBackup() is
 13         backup = editor.text
 14
 15     // 恢复编辑器状态。
 16     method undo() is
 17         editor.text = backup
 18
 19     // 执行方法被声明为抽象以强制所有具体命令提供自己的实现。该方法必须根
 20     // 据命令是否更改编辑器的状态返回 true 或 false。
 21     abstract method execute()
 22
 23
 24 // 这里是具体命令。
 25 class CopyCommand extends Command is
 26     // 复制命令不会被保存到历史记录中，因为它没有改变编辑器的状态。
 27     method execute() is
 28         app.clipboard = editor.getSelection()
 29         return false
 30
 31 class CutCommand extends Command is
 32     // 剪切命令改变了编辑器的状态，因此它必须被保存到历史记录中。只要方法
 33     // 返回 true，它就会被保存。
 34     method execute() is
 35         saveBackup()
 36         app.clipboard = editor.getSelection()
 37         editor.deleteSelection()
 38         return true
 39
 40 class PasteCommand extends Command is
 41     method execute() is
 42         saveBackup()
 43         editor.replaceSelection(app.clipboard)
 44         return true
 45
 46 // 撤销操作也是一个命令。
 47 class UndoCommand extends Command is
 48     method execute() is
 49         app.undo()
 50         return false
 51
 52
 53 // 全局命令历史记录就是一个堆桟。
 54 class CommandHistory is
 55     private field history: array of Command
 56
 57     // 后进...
 58     method push(c: Command) is
 59         // 将命令压入历史记录数组的末尾。
 60
 61     // ...先出
 62     method pop():Command is
 63         // 从历史记录中取出最近的命令。
 64
 65
 66 // 编辑器类包含实际的文本编辑操作。它会担任接收者的角色：最后所有命令都会
 67 // 将执行工作委派给编辑器的方法。
 68 class Editor is
 69     field text: string
 70
 71     method getSelection() is
 72         // 返回选中的文字。
 73
 74     method deleteSelection() is
 75         // 删除选中的文字。
 76
 77     method replaceSelection(text) is
 78         // 在当前位置插入剪贴板中的内容。
 79
 80 // 应用程序类会设置对象之间的关系。它会担任发送者的角色：当需要完成某些工
 81 // 作时，它会创建并执行一个命令对象。
 82 class Application is
 83     field clipboard: string
 84     field editors: array of Editors
 85     field activeEditor: Editor
 86     field history: CommandHistory
 87
 88     // 将命令分派给 UI 对象的代码可能会是这样的。
 89     method createUI() is
 90         // ...
 91         copy = function() { executeCommand(
 92             new CopyCommand(this, activeEditor)) }
 93         copyButton.setCommand(copy)
 94         shortcuts.onKeyPress("Ctrl+C", copy)
 95
 96         cut = function() { executeCommand(
 97             new CutCommand(this, activeEditor)) }
 98         cutButton.setCommand(cut)
 99         shortcuts.onKeyPress("Ctrl+X", cut)
100
101         paste = function() { executeCommand(
102             new PasteCommand(this, activeEditor)) }
103         pasteButton.setCommand(paste)
104         shortcuts.onKeyPress("Ctrl+V", paste)
105
106         undo = function() { executeCommand(
107             new UndoCommand(this, activeEditor)) }
108         undoButton.setCommand(undo)
109         shortcuts.onKeyPress("Ctrl+Z", undo)
110
111     // 执行一个命令并检查它是否需要被添加到历史记录中。
112     method executeCommand(command) is
113         if (command.execute)
114             history.push(command)
115
116     // 从历史记录中取出最近的命令并运行其 undo（撤销）方法。请注意，你并
117     // 不知晓该命令所属的类。但是我们不需要知晓，因为命令自己知道如何撤销
118     // 其动作。
119     method undo() is
120         command = history.pop()
121         if (command != null)
122             command.undo()

参考

https://refactoringguru.cn/design-patterns/command