C++如何实现一个命令(Command)设计模式?(代码示例)

Command模式将请求封装为对象,支持参数化、撤销、日志与队列;核心是统一命令接口,解耦调用者与接收者;通过具体命令类持有接收者并委托执行,可扩展宏命令与智能指针管理。

Command 模式把请求封装成对象,使你可以用不同的请求对客户进行参数化、支持撤销操作、排队或日志记录。核心是定义统一的命令接口,让调用者(Invoker)不依赖具体操作细节。

定义命令接口与具体命令类

先声明抽象基类 Command,包含执行(execute)和可选的撤销(undo)方法;再为每个实际操作实现具体子类,内部持有接收者(Receiver)引用并委托执行逻辑。

例如实现一个简单灯开关控制:

class Light {
public:
    void turnOn() { std::cout << "Light is ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "Light is OFF\n"; }
};

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

class LightOnCommand : public Command { Light& light; public: explicit LightOnCommand(Light& l) : light(l) {} void execute() override { light.turnOn(); } void undo() override { light.turnOff(); } };

class LightOffCommand : public Command { Light& light; public: explicit LightOffCommand(Light& l) : light(l) {} void execute() override { light.turnOff(); } void undo() override { light.turnOn(); } }

引入调用者(Invoker)管理命令

Invoker 不知道命令具体做什么,只负责触发 executeundo。它可保存最近执行的命令,用于撤销;也可支持命令队列、宏命令等扩展。

一个带撤销功能的简单 Invoker 示例:

class RemoteControl {
    Command* lastCommand = nullptr;
public:
    void setCommand(Command* cmd) {
        lastCommand = cmd;
    }
    void pressButton() {
        if (lastCommand) lastCommand->execute();
    }
    void pressUndo() {
        if (lastCommand) lastCommand->undo();
    }
};

组合使用:客户端代码

客户端创建接收者、具体命令,并将其注入 Invoker。解耦了“谁发出请求”和“谁执行请求”。

int main() {
    Light livingRoomLight;
LightOnCommand onCmd(livingRoomLight);
LightOffCommand offCmd(livingRoomLight);

RemoteControl remote;

remote.setCommand(&onCmd);
remote.pressButton(); // 输出: Light is ON
remote.pressUndo();   // 输出: Light is OFF

remote.setCommand(&offCmd);
remote.pressButton(); // 输出: Light is OFF
remote.pressUndo();   // 输出: Light is ON

return 0;

}

进阶提示:支持宏命令与智能指针

若需组合多个命令(如“全屋开机”),可定义 MacroCommand,持有一组 std::unique_ptr 并批量执行;使用智能指针避免手动内存管理,尤其在命令需动态创建或生命周期不确定时更安全。

关键点:

  • 命令对象保存执行所需全部上下文(如接收者引用、参数)
  • Invoker 和 Receiver 完全解耦,新增命令无需修改 Invoker
  • 撤销依赖命令自身保存足够状态(如开关前的状态),不是所有操作都天然可逆
  • 实际项目中常配合 std::function 或 lambda 简化一次性命令,但继承体系更适合复杂、需复用或带状态的场景