[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

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

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

class ConcreteCommand1 : public Command
{
    string arg;
public:
    ConcreteCommand1(const string & a) : arg(a) {}
    void execute() override
    {
        cout<< "#1 process..."<<arg<<endl;
    }
};

class ConcreteCommand2 : public Command
{
    string arg;
public:
    ConcreteCommand2(const string & a) : arg(a) {}
    void execute() override
    {
        cout<< "#2 process..."<<arg<<endl;
    }
};
        
class MacroCommand : public Command
{
    vector<Command*> commands;
public:
    void addCommand(Command *c) { commands.push_back(c); }
    void execute() override
    {
        for (auto &c : commands)
        {
            c->execute();
        }
    }
};
        
int main()
{

    ConcreteCommand1 command1(receiver, "Arg ###");
    ConcreteCommand2 command2(receiver, "Arg $$$");
    
    MacroCommand macro;
    macro.addCommand(&command1);
    macro.addCommand(&command2);
    
    macro.execute();

}

• 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

// 命令基类会为所有具体命令定义通用接口。
abstract class Command is
    protected field app: Application
    protected field editor: Editor
    protected field backup: text

    constructor Command(app: Application, editor: Editor) is
        this.app = app
        this.editor = editor

    // 备份编辑器状态。
    method saveBackup() is
        backup = editor.text

    // 恢复编辑器状态。
    method undo() is
        editor.text = backup

    // 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
    // 据命令是否更改编辑器的状态返回 true 或 false。
    abstract method execute()


// 这里是具体命令。
class CopyCommand extends Command is
    // 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。
    method execute() is
        app.clipboard = editor.getSelection()
        return false

class CutCommand extends Command is
    // 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
    // 返回 true，它就会被保存。
    method execute() is
        saveBackup()
        app.clipboard = editor.getSelection()
        editor.deleteSelection()
        return true

class PasteCommand extends Command is
    method execute() is
        saveBackup()
        editor.replaceSelection(app.clipboard)
        return true

// 撤销操作也是一个命令。
class UndoCommand extends Command is
    method execute() is
        app.undo()
        return false


// 全局命令历史记录就是一个堆桟。
class CommandHistory is
    private field history: array of Command

    // 后进...
    method push(c: Command) is
        // 将命令压入历史记录数组的末尾。

    // ...先出
    method pop():Command is
        // 从历史记录中取出最近的命令。


// 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
// 将执行工作委派给编辑器的方法。
class Editor is
    field text: string

    method getSelection() is
        // 返回选中的文字。

    method deleteSelection() is
        // 删除选中的文字。

    method replaceSelection(text) is
        // 在当前位置插入剪贴板中的内容。

// 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
// 作时，它会创建并执行一个命令对象。
class Application is
    field clipboard: string
    field editors: array of Editors
    field activeEditor: Editor
    field history: CommandHistory

    // 将命令分派给 UI 对象的代码可能会是这样的。
    method createUI() is
        // ...
        copy = function() { executeCommand(
            new CopyCommand(this, activeEditor)) }
        copyButton.setCommand(copy)
        shortcuts.onKeyPress("Ctrl+C", copy)

        cut = function() { executeCommand(
            new CutCommand(this, activeEditor)) }
        cutButton.setCommand(cut)
        shortcuts.onKeyPress("Ctrl+X", cut)

        paste = function() { executeCommand(
            new PasteCommand(this, activeEditor)) }
        pasteButton.setCommand(paste)
        shortcuts.onKeyPress("Ctrl+V", paste)

        undo = function() { executeCommand(
            new UndoCommand(this, activeEditor)) }
        undoButton.setCommand(undo)
        shortcuts.onKeyPress("Ctrl+Z", undo)

    // 执行一个命令并检查它是否需要被添加到历史记录中。
    method executeCommand(command) is
        if (command.execute)
            history.push(command)

    // 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
    // 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
    // 其动作。
    method undo() is
        command = history.pop()
        if (command != null)
            command.undo()

参考

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