C++设计模式_23_Command 命令模式

我们将Command 和Visitor归为“行为变化”模式。
Command 命令模式与函数对象十分类似，但在C++主流框架中，函数对象（function object）应用的更为广泛。

1. “行为变化”模式

• 在组件的构建过程中，组件行为的变化经常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

行为一般是一段代码，代码和对象之间的绑定关系是极其紧密的，是一种天然的编译式绑定。类的成员函数分为两类，一类是虚函数，一类是非虚的或者静态函数，第二类函数是地址编译时静态的绑定，虚函数是运行时的绑定，这些绑定实际上是非常紧耦合的。“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。

1.1 典型模式

• Command

• Visitor

2. 动机( Motivation )

• 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”。但在某些场合一一比如需要对行为进行“记录、撤销/重(undo/redo)、事务”等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的。

• 在这种情况下，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，可以实现二者之间的松耦合。

3. 模式定义

将一个请求(行为)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，以及支持可撤销的操作。

----《设计模式》GoF

4. Command 命令模式代码演示

整体代码：

#include 
#include 
#include 
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();

}

代码分析：

Command类中塞了一个execute()虚函数

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

继承自Command的类构成的对象，表达的就是一个行为对象，如下面所展示的ConcreteCommand1，封装了请求处理过程的参数信息，override execute()函数，类似的有ConcreteCommand2类。

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

我们还可以用一些宏命令，可以把多个命令组合，vector commands;使用了类似composite的设计模式，组合命令本身继承自命令对象，实现execute() ，遍历的方式对vector commands;所有的子节点进行遍历操作

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();
        }
    }
};

下面代码ConcreteCommand1 command1(receiver, "Arg ###");ConcreteCommand2 command2(receiver, "Arg $$$");MacroCommand macro;封装出来了command对象。下面的方式还有很多其他好处，一个macro组合命令可以包含多个子命令，最关键的是从此拿着command1、command2、macro，这些都是对象，但又表征的是行为（只有execute()一个函数）。当一个对象表征一个行为，你拿着这个对象可以当做参数来传递，当做字段存储，序列化，存在某些数组结构里等等，这就是所谓灵活化，背后表征的实际是一段代码，这个代码是带有丰富的参数信息。

int main()
{

    ConcreteCommand1 command1(receiver, "Arg ###"); //构成命令
    ConcreteCommand2 command2(receiver, "Arg $$$"); //构成命令
    
    MacroCommand macro; //构成命令组
    macro.addCommand(&command1);
    macro.addCommand(&command2);
    
    macro.execute();//执行

}

5. 结构( Structure )

上图是《设计模式》GoF中定义的Command 命令模式的设计结构。结合上面的代码看图中最重要的是看其中稳定和变化部分，也就是下图中红框和蓝框框选的部分。

Command是抽象的命令接口，ConcreteCommand是一些变化的。比如在实现编辑器上的命令，剪切，删除，粘贴等都可以实现成命令对象，之后就可以对这些存储在一个栈结构里，实现redo/undo操作。这就是一旦把行为对象话之后可能获得的好处。

真正要实现redo/undo或者特殊的针对对象的处理逻辑，那就是另外的业务逻辑，可能复杂也可能简单，基本思想要把行为封装为对象

6. 要点总结

• 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有时候根据需要可能会保存一些额外的状态信息。通过使用Composite模式，可以将多个命封装为一个“复合命令”MacroCommand。

• Command模式与C++中的函数对象有些类似。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；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。

94年定义Command模式的时候，C++函数对象并没有广为使用，泛型编程是98年，后来人们发现Command模式与C++中的函数对象十分类似，在某些场合C++函数对象要优于Command模式。

Command以面向对象中的“接口-实现”来定义行为接口规范：virtual void execute() = 0;，函数是execute()、返回值为void，参数是空，继承具体时候必须遵守。由于是虚函数，会有性能损失。

C++函数对象以函数签名来定义行为接口规范：尤其是使用模板之后，只需要参数和返回值一致即可，名字无所谓，所以更为灵活，接口规范是隐式的。由于利用了模板是编译时多态技术，Command中是运行时虚函数动态遍析 for (auto &c : commands) { c->execute(); }。

基于前面提到的2个区别，在C++主流框架中，函数对象（function object）应用的更为广泛（在C++的所有设计中性能优先），但是Command这种思想在其他语言得到了极大的应用(与interator的应用情况类似)

C++函数对象是利用了C++非常好的特征：可以重载括号；调用操作符；和泛型编程结合在一起，很多时候使用的是模板的编译式绑定，而此处使用的是运行时绑定。

7. 其他参考

C++设计模式——命令模式