Command 模式

• Command模式
• Command 處理器模式

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Command模式

軟件系統在接受到指令后，通常需要執(zhí)行各種各樣的操作。例如文本處理軟件的用戶通過用戶界面發(fā)出各種指令，他們想打開一個文檔，保存一個文檔，打印一個文檔，復制一段文本，粘貼一段復制的文本等。這種通用的模式在其他的領域也存在，例如 ，在金融領域中，客戶可以向證券交易商發(fā)出購買股票、出售股票等請求。在制造業(yè)這樣的技術領域，命令被用來控制工業(yè)設備和機器。
在實現由命令控制的軟件系統時，重要的是保證操作的請求者與實際執(zhí)行操作的對象分離。這背后的指導原則是松耦合原則和關注點分離的原則。
餐館就是一個很好的類比。在餐館中，服務員接受顧客點的菜，但服務員不負責做飯，做飯是廚房的事情。事實上，對于顧客來說，食物的制作過程是透明的，也許是餐廳準備食物，也許是食物從其他地方運送過來。
在面向對象的軟件開發(fā)中，由一種名為Command(Action)的行為模式可以促進這種分離。其任務說明如下：
將請求封裝為對象，從而允許你使用不同的請求、隊列或日志的請求參數化客戶端，或支持可撤銷操作。
命令模式的一個很好的例子是Clinet/Server架構體系，其中Client（即所謂的調用者）發(fā)送命令給Server，Server(即所謂的接收者或被調用者)接受并執(zhí)行命令。
讓我們從一個抽象的Command類開始，它是一個簡單的小接口：
#pragma once

#include

//一個抽象的Command類，它是一個簡單的小接口
class Command
{
public:
virtual ~Command() = default;
virtual void execute() = 0;
};

//為指向命令的智能指針引入了一個類型別名（CommandPtr）
using CommandPtr = std::shared_ptr;
// 這個抽象的Command接口可以由各種具體的命令實現，

#pragma once

#include"Command.h"
#include
// 一個非常簡單的具體的命令的實現
// 抽象的Command接口可以由各種具體的命令實現，先看一個簡單的命令——輸出字符串“Hello World！”
class HelloWorldOutputCommand :public Command
{
virtual void execute() override
{
std::cout<< “Hello World\n”<< std::endl;
}
};
#pragma once
#include"Command.h"
//命令接收者
// 需要接受并執(zhí)行命令的元素，在這個設計模式中，這個元素被稱為Receiver，在
// 我們的例子中，扮演這個角色的是一個名為Server的類。
// 目前，該類只包含一個可以接受和執(zhí)行命令的簡單公共成員函數。
class Server
{
public:
void acceptCommand(const CommandPtr& command)
{
command->execute();
}

};

#pragma once
// 最后，我們需要所謂的Invoker, 即在Client/Server架構中的Client類；
// 給Server 發(fā)送命令的Client類
#include"Server.h"
#include"HelloWorldOutputCommand.h"
class Client
{
public:
void run()
{
Server theServer{};
CommandPtr helloWorldOutputCommand = std::make_shared();
theServer.acceptCommand(helloWorldOutputCommand);
}
};

#include"Client.h"
// main() 函數
int main()
{
Client client{};
client.run();
return 0;
}
編譯執(zhí)行這個程序，在標準輸出控制臺就會輸出“Hello World！”字符串。通過Command模式實現的是，命令的初始化和發(fā)送與命令的執(zhí)行是分離的。
由于這種設計模式支持開放—封閉（OCP）原則，添加新的命令非常容易，只需對現有代碼進行微小的修改即可實。例如，如果想強制服務器等待一段時間，可以添加以下代碼：
#pragma once
#include"Command.h"
#include
#include

class WaitCommand :public Command
{
public:
explicit WaitCommand(const unsigned int durationInMilliseconds) noexcept:
durationInMillseconds{ durationInMilliseconds }{};

virtual void execute() override
{
	std::chrono::milliseconds dur{ durationInMillseconds };
	std::this_thread::sleep_for(dur);
}

private:
unsigned int durationInMillseconds{ 1000 };
};
現在，我們可以像下面這樣使用這個新的WaitCommand類：
#pragma once
// 最后，我們需要所謂的Invoker, 即在Client/Server架構中的Client類；
// 給Server 發(fā)送命令的Client類
#include"Server.h"
#include"HelloWorldOutputCommand.h"
#include"WaitCommand.h"
class Client
{
public:
/void run()
{
Server theServer{};
CommandPtr helloWorldOutputCommand = std::make_shared();
theServer.acceptCommand(helloWorldOutputCommand);
}/
void run()
{
Server theServer{};
const unsigned int SERVER_DELAY_TIMESPAN{ 3000 };
CommandPtr waitCommand = std::make_shared(SERVER_DELAY_TIMESPAN);
theServer.acceptCommand(waitCommand);

CommandPtr helloWorldOutputCommand = std::make_shared();
	theServer.acceptCommand(helloWorldOutputCommand);
}

};
為了對上述討論的類結構有一個大致的了解，下圖描述了對應的UML類圖。

正如在這個示例中看到的，我們可以使用值參數化命令，由于純虛execute()成員函數的簽名是由Command接口指定為無參的，因此參數化是在初始化構造函數的幫助下完成的。此外，我們不需要Server類，因為它可以立即處理和執(zhí)行新擴展的命令。
Command 模式提供了應用程序的多種可能性。例如，可以排隊，也支持命令的異步執(zhí)行：Invoker發(fā)送命令然后立即執(zhí)行其他的操作，發(fā)送的命令稍后由Receiver執(zhí)行。
然而，缺少了一些東西！在上面引用的Command模式的任務聲明中，可以讀到一些關于“……支持可撤銷操作”的內容。

Command 處理器模式

在上一節(jié)的 Client/Server 體系結構的示例中，實際上，服務器不會像上面演示的那樣執(zhí)行命令，到達服務器的命令對象將被分布到負責執(zhí)行命令的服務器的內部。例如，可以在另一種稱為 職責鏈的設計模式的幫助下完成。
考慮一個稍微復雜一點的例子，假設我們有一個繪圖程序，用戶可以用該程序繪制許多不同的形狀，例如，圓形和矩形。為此，可以調用用戶界面相應的菜單進行操作。即：熟悉的軟件開發(fā)人員通過Command設計模式執(zhí)行這些繪圖操作。然而，利益相關者指出用戶也可以撤銷繪圖操作。
為了滿足這個需求，首先我們需要有可撤銷的命令。
//UndoableCommand接口通過組合Command和Revertable實現
class Command
{
public:
virtual ~Command() = default;
virtual void execute() = 0;
};

class Revertable
{
public:
virtual ~Revertable() = default;
virtual void undo() = 0;
};

class UndoCommand :public Command, public Revertable{};

using CommandPtr = std::shared_ptr;

根據接口隔離原則，我們添加了另一個支持撤銷功能的Revertable接口。UndoableCommand類同時繼承現有的Command接口和新增的Revertable接口。
有許多不同的撤銷繪圖的命令，將畫圓作為具體的例子：
一個可以撤銷畫圓的命令
#include"Command.h"
#include"DrawingProcessor.h"
#include"Point.h"

// 一個可以撤銷畫圓的命令
class DrawingCircleCommand :public UndoablesCommand
{
public:
DrawingCircleCommand(DrawingProcessor& receiver,const Point& centerPoint ,const double radius)noexcept:
receiver{ receiver }, centerPoint{ centerPoint }, radius{ radius }{}

virtual void execute() override {
	receiver.drawCircle(centerPoint, radius);
}

virtual void undo() override {
	receiver.eraseCircle(centerPoint, radius);
}

private:
DrawingProcessor& receiver;
const Point centerPoint;
const double radius;
};
很容易想象得出來，繪制矩形和其他形狀得命令和繪制圓形得命令看起來非常相似。命令得執(zhí)行者是一個名為DrawingProcessor的類，這指執(zhí)行繪圖操作的元素，在構造命令對象時，會將該對象的引用與其他參數一起傳遞給構造函數。
DrawingProcessor類是處理繪圖操作的元素
#pragma once
#include"Point.h"
// DrawomgProcessor類是處理繪圖操作的元素
class DrawingProcessor
{
public:
void drawCircle(const Point& centerPoint, const double radius)
{
// instructions to draw a circle on the screen…
}
void eraseCircle(const Point& centerPoint, const double radius)
{
// Instructions to erase a circle from the screen…
}
};
現在來看這個模式的核心部分CommandProcessor:
#pragma once
#include
#include"Command.h"
//CommandProcessor管理可撤銷命令對象的一個堆棧
class CommandProcessor
{
public:
void execute(const CommandPtr& command)
{
command->execute();
commandHistory.push(command);
}
void undoLastCommand()
{
if (commandHistory.empty())
{
return;
}
commandHistory.top()->undo();
commandHistory.pop();
}
private:
//std::stackcommandHistory;
std::stack< std::shared_ptr>commandHistory;
};
CommandProcessor類（順便說一下，上面的類不是線程安全的）包含了std::stack（定義在頭文件中），它是一種支持LIFO（后進先出）的抽象的數據類型。執(zhí)行了CommandProcessor::execute()成員函數后，相應的命令會被存儲到commandHistory堆棧中，當調用CommandProcessor::undoLastCommand()成員函數時，存在堆棧上的最后一個命令就會被撤銷，然后從堆棧頂部刪除。
同樣，現在可以將撤銷操作建模為命令對象，在這種情況下，命令接收者就是CommandProcessor本身：
UndoCommand 類為CommandProcessor提供撤銷操作
#pragma once
// UndoCommand 類為CommandProcessor提供撤銷操作

#include"Command.h"
#include"CommandProcessor.h"

class UndoCommand :public UndoableCommand
{
public:
explicit UndoCommand(CommandProcessor& receiver) noexcept :
receiver(receiver) {}
virtual void execute() override
{
receiver.undoLastCommand();
}
virtual void undo() override
{
// intentionally left blank, because an undo should not be undone.
}
private:
CommandProcessor& receiver;
};
在實際使用Command模式時，常常需要能夠從幾個簡單的命令組合成一個更復雜的命令，或者記錄和回放命令（腳本）。為了能夠方便地實現這些需求，下面的Composite模式比較合適。

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