命令模式C++

命令模式（Command Pattern）是一種行為型設計模式，它將請求封裝為一個對象，使你可以用不同的請求對客戶進行參數化，還能支持請求的排隊、記錄日志及撤銷操作。這種模式將發送者和接收者解耦，發送者無需知道接收者的具體實現。

命令模式的核心角色

Command（命令接口）：聲明執行操作的接口（通常是execute()方法）
ConcreteCommand（具體命令）：實現命令接口，綁定接收者和具體操作
Receiver（接收者）：執行命令所對應的操作，知道如何實施具體行為
Invoker（調用者）：要求命令執行請求，持有命令對象
Client（客戶端）：創建具體命令對象并設置其接收者

C++實現示例

以下以"智能家居控制系統"為例實現命令模式，支持對燈光、電視等設備的操作，以及命令的撤銷功能：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>// 前向聲明接收者類
class Light;
class Television;// 命令接口
class Command {
public:virtual ~Command() = default;virtual void execute() = 0;virtual void undo() = 0;virtual std::string getName() const = 0;
};// 接收者1：燈光
class Light {
private:std::string location;bool isOn;public:Light(std::string loc) : location(std::move(loc)), isOn(false) {}void on() {isOn = true;std::cout << location << "燈光 打開" << std::endl;}void off() {isOn = false;std::cout << location << "燈光 關閉" << std::endl;}bool getState() const {return isOn;}
};// 接收者2：電視
class Television {
private:std::string location;bool isOn;int channel;int volume;public:Television(std::string loc) : location(std::move(loc)), isOn(false), channel(1), volume(5) {}void on() {isOn = true;std::cout << location << "電視 打開" << std::endl;}void off() {isOn = false;std::cout << location << "電視 關閉" << std::endl;}void setChannel(int ch) {channel = ch;std::cout << location << "電視 頻道設置為: " << channel << std::endl;}void setVolume(int vol) {volume = vol;std::cout << location << "電視 音量設置為: " << volume << std::endl;}bool getState() const {return isOn;}int getChannel() const {return channel;}int getVolume() const {return volume;}
};// 具體命令1：開燈
class LightOnCommand : public Command {
private:Light* light;bool previousState;  // 用于撤銷操作public:LightOnCommand(Light* l) : light(l) {}void execute() override {previousState = light->getState();light->on();}void undo() override {if (previousState) {light->on();} else {light->off();}std::cout << "撤銷 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return light->getState() ? "開燈" : "關燈";}
};// 具體命令2：關燈
class LightOffCommand : public Command {
private:Light* light;bool previousState;public:LightOffCommand(Light* l) : light(l) {}void execute() override {previousState = light->getState();light->off();}void undo() override {if (previousState) {light->on();} else {light->off();}std::cout << "撤銷 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "關燈";}
};// 具體命令3：開電視
class TvOnCommand : public Command {
private:Television* tv;bool previousState;int previousChannel;int previousVolume;public:TvOnCommand(Television* t) : tv(t) {}void execute() override {previousState = tv->getState();previousChannel = tv->getChannel();previousVolume = tv->getVolume();tv->on();tv->setChannel(5);  // 默認打開5頻道tv->setVolume(7);   // 默認音量7}void undo() override {if (previousState) {tv->on();tv->setChannel(previousChannel);tv->setVolume(previousVolume);} else {tv->off();}std::cout << "撤銷 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "開電視";}
};// 具體命令4：關電視
class TvOffCommand : public Command {
private:Television* tv;bool previousState;public:TvOffCommand(Television* t) : tv(t) {}void execute() override {previousState = tv->getState();tv->off();}void undo() override {if (previousState) {tv->on();} else {tv->off();}std::cout << "撤銷 " << getName() << std::endl;}std::string getName() const override {return "關電視";}
};// 調用者：遙控器
class RemoteControl {
private:std::vector<std::unique_ptr<Command>> onCommands;std::vector<std::unique_ptr<Command>> offCommands;std::unique_ptr<Command> undoCommand;  // 記錄上一個命令用于撤銷public:RemoteControl(int slotCount) {// 初始化命令槽位onCommands.resize(slotCount);offCommands.resize(slotCount);}// 設置命令void setCommand(int slot, std::unique_ptr<Command> onCmd, std::unique_ptr<Command> offCmd) {if (slot >= 0 && slot < onCommands.size()) {onCommands[slot] = std::move(onCmd);offCommands[slot] = std::move(offCmd);}}// 按下開按鈕void pressOnButton(int slot) {if (slot >= 0 && slot < onCommands.size() && onCommands[slot]) {onCommands[slot]->execute();undoCommand = std::move(onCommands[slot]);  // 保存命令用于撤銷}}// 按下關按鈕void pressOffButton(int slot) {if (slot >= 0 && slot < offCommands.size() && offCommands[slot]) {offCommands[slot]->execute();undoCommand = std::move(offCommands[slot]);  // 保存命令用于撤銷}}// 按下撤銷按鈕void pressUndoButton() {if (undoCommand) {undoCommand->undo();} else {std::cout << "沒有可撤銷的操作" << std::endl;}}
};// 客戶端代碼
int main() {// 創建接收者Light* livingRoomLight = new Light("客廳");Light* bedroomLight = new Light("臥室");Television* livingRoomTv = new Television("客廳");// 創建命令auto livingRoomLightOn = std::make_unique<LightOnCommand>(livingRoomLight);auto livingRoomLightOff = std::make_unique<LightOffCommand>(livingRoomLight);auto bedroomLightOn = std::make_unique<LightOnCommand>(bedroomLight);auto bedroomLightOff = std::make_unique<LightOffCommand>(bedroomLight);auto tvOn = std::make_unique<TvOnCommand>(livingRoomTv);auto tvOff = std::make_unique<TvOffCommand>(livingRoomTv);// 創建遙控器（調用者），有3個槽位RemoteControl remote(3);// 給遙控器設置命令remote.setCommand(0, std::move(livingRoomLightOn), std::move(livingRoomLightOff));remote.setCommand(1, std::move(bedroomLightOn), std::move(bedroomLightOff));remote.setCommand(2, std::move(tvOn), std::move(tvOff));// 測試操作std::cout << "=== 執行一系列操作 ===" << std::endl;remote.pressOnButton(0);   // 開客廳燈remote.pressOnButton(2);   // 開客廳電視remote.pressOffButton(0);  // 關客廳燈remote.pressOnButton(1);   // 開臥室燈// 測試撤銷std::cout << "\n=== 測試撤銷操作 ===" << std::endl;remote.pressUndoButton();  // 撤銷"開臥室燈"remote.pressUndoButton();  // 撤銷"關客廳燈"remote.pressUndoButton();  // 撤銷"開客廳電視"// 清理資源delete livingRoomLight;delete bedroomLight;delete livingRoomTv;return 0;
}

代碼解析

命令接口（Command）：定義了execute()（執行命令）和undo()（撤銷命令）方法，所有具體命令都需實現這兩個方法。
接收者（Light、Television）：實現具體的業務邏輯（如開燈、關燈、開電視等），命令對象會調用這些方法。
具體命令：
- 每個命令類綁定一個接收者和對應的操作（如LightOnCommand綁定Light的on()方法）
- 實現execute()方法調用接收者的相應操作，并保存執行前的狀態用于undo()
調用者（RemoteControl）：
- 持有多個命令對象（開/關命令對），通過按鈕觸發命令執行
- 記錄上一個執行的命令，支持undo()操作
工作流程：客戶端創建命令并綁定接收者，調用者通過命令間接操作接收者，實現了發送者與接收者的解耦。