[学习笔记]设计模式之Command

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写在前面

在上篇Chain of Responsibility（职责链）模式笔记中，我们学习了一种行为型设计模式。今天，我们继续这一主题，来学习下Command（命令）模式。可以看到职责链模式是对处理请求的对象（职能者）进行了建模，而Command模式的最大不同之处就在于，它是对请求本身进行建模的。这一点从它的名字就可以看出。所以它又有别名叫：Action（动作）、Transaction（事物）模式。

老规矩，我们首先直观地去理解什么是命令模式。日常工作中，我们常常会接受到一些“任务”，这些任务往往伴随着具体要求，并对应着特定的执行人。比如说我们做一个项目，我负责其中一个Feature。那么之后，上头提出的关于这个Feature的任何修改的“command”，都会让我去执行，因为我拥有开发这个Feature所必需的相关信息。

实现这一模型的关键点就在于Command的抽象类，它定义了一个执行操作的接口，比如说execute()操作。具体的一个Command子类将接收者作为它的一个实例变量保存，并实现execute()操作，指定接收者行动起来。我们将在示例部分进行更深入地实例讲解，那么在此之前我们可以了解下它的基本要点：

要点梳理

• 目的分类
  • 对象行为型模式
• 范围准则
  • 对象（该模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性）
• 主要功能
  • 将一个请求封装为一个对象，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，以及支持可撤消的操作
• 适用情况
  • 当我们需要抽象出待执行的动作以参数化某对象时。
  • 在不同的时刻指定、排列和执行请求。
  • 需要支持取消操作。
  • 需要支持修改日志，这样当系统崩溃时，这些修改可以被重做一遍。
  • 用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。
• 参与部分
  • Command：声明执行操作的接口
  • ConcreteCommand：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
  • Client：创建一个具体命令对象并设定它的接收者
  • Invoke：要求该命令执行这个请求
  • Receiver：知道如何实施与执行一个请求相关的操作。任何类都可能作为一个接收者
• 协作过程
  • Client创建一个ConcreteCommand对象并指定它的Reciever对象
  • 某个Invoker对象存储ConcreteCommand对象
  • 该Invoker通过调用Command对象的execute操作来提交一个请求。若该命令是可以取消的，那么ConcreteCommand就在执行execute之前存储当前状态以用于撤销
  • ConcreteCommand对象对调用它的Receiver的一些操作执行该请求
• UML图

示例分析 - 魔法小人偶的驱动器

让我们回顾下女巫格琳达的私人订制魔法小人偶吧（详见Composite模式笔记）。它通过某种神秘的传感器作为Input装置，接收人们下达的命令，然后执行。为了简单起见，我们今天举一个具体的“武斗人偶”的例子。这种人偶俨然一位空手格斗大师，为了灵活地展现武斗技巧，它分别有对应于手臂和腿部的驱动装置(ArmDrive & LegDrive)，人们可以给它下达诸如“挥击”(Punch)、“飞踢”(FlyingKick) 等命令。为了增强人偶功能的扩展性，我们当然希望它日后可以执行更多更多的命令。Command设计模式的引入帮我们很好地解决了需求。它使得调用操作的对象与知道如何实现该操作的对象解耦。我们的例子中，人偶的传感器就是调用操作的对象，而各种驱动器则是实现具体操作的对象，Command模式使得传感器不需要知道任何驱动器的信息，这非常有助于我们日后开发更多的驱动装置。

首先来看最重要的Command类：

// ... Direction definitions ...
#define NONE    0
#define D_SOUTH 1
#define D_NORTH 2
#define D_WEST  3
#define D_EAST  4

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

接下来是PunchCommand，它会令ArmDrive对象朝用户指定的方向来狠狠重击。注意，PunchCommand的构造器需要一个ArmDrive对象作为参数。askDirection是提示用户告诉它具体的方向。

// Punch !
class PunchCommand : public Command {
public:
    PunchCommand(ArmDrive*);
    
    virtual void execute();
protected:
    virtual int askDirection();
private:
    ArmDrive* _drive;
};

PunchCommand::PunchCommand(ArmDrive* a) {
    _drive = a;
}

void PunchCommand::execute() {
    int direction = askDirection();
    
    if (direction) {
        _drive->punch(direction);
    }
}

同理我们有KickCommand需要一个LegDrive对象作为其接收者。其中askHeight是询问用户需要踢击的高度，必要的时候它得跳起来。

// Kick !
class KickCommand : public Command {
public:
    KickCommand(LegDrive*);
    
    virtual void execute();
protected:
    virtual int askHeight();
    virtual int askDirection();
private:
    LegDrive* _drive;      
};

KickCommand::PunchCommand(LegDrive* l) {
    _drive = l;
}

void KickCommand::execute() {
    int direction = askDirection();
    int height = askHeight();
    
    if (direction && height > 0) {
        _drive->kick(direction, height);
    }
}

这样一来，我们的传感器就可以通过接收并调用命令来使得小人偶动起来了：

// ... Sensor Process ...
ArmDrive* arm = ArmDrive::getInstance();
LegDrive* leg = LegDrive::getInstance();
Command* aCommand = new PunchCommand(arm);
aCommand->execute();    // execute command.
delete aCommand;
aCommand = new KickCommand(leg);
aCommand->execute();    // execute command.

Command模式的好处还不仅限于此。大家一定熟悉批处理、宏等概念吧。结合Composite设计模式（请见索引），我们可以设计MacroCommand，从而批量执行一系列的命令。而对于MarcroCommand本身来说，它也无需要知道其各个子命令的具体执行者，因为它只需调用子命令即可。它具有add和remove方法来管理子命令。

// ... Macro Command ...
class MacroCommand : public Command {
public:
    MacroCommand();
    virtual ~MacroCommand();
    
    virtual void add(Command*);   
    virtual void remove(Command*);
    
    virtual void execute();
private:
    List<Command*>* _cmds;
};

void MacroCommand::execute() {
    ListIterator<Command*> i (_cmds);
    
    for (i.first(); !i.isDone(); i.next()) {
        Command* c = i.currentItem();
        c->execute();
    }
}

void MacroCommand::add (Command* c) {
    _cmds->append(c);
}

void MacroCommand::remove(Command* c) {
    _cmds->remove(c);
}

举例来看，我们想让小人偶打出一系列拳脚组合的“连招”：

// ... Punch Punch  Kick and Punch ...
MacroCommand* aMCmd = new MacroCommand();
aMCmd->add(new PunchCommand(arm));
aMCmd->add(new PunchCommand(arm));
aMCmd->add(new KickCommand(leg));
aMCmd->add(new PunchCommand(arm));
aMCmd->execute();

怎么样，是不是很酷！让我们来看一下这个设计的UML图：

特点总结

从以上我们可以看到，Command模式具有如下一些特点：

1. 它将调用操作的对象与知道如何实现该操作的对象解耦；
2. Command是头等的对象。它们可像其他的对象一样被操纵和扩展；
3. 可将多个命令装配成一个复合命令。比如MacroCommand；
4. 增加新的Command很容易，因为这无需改变已有的类。

写在最后

今天的笔记就到这里了，欢迎大家批评指正！如果觉得可以的话，好文推荐一下，我会非常感谢的！