作爲程序員的你，必須要知道命令模式！

還記得Jungle曾經設計的Qt圖片瀏覽器嗎？鼠標點擊“上一張”，瀏覽上一張圖片；點擊“下一張”，瀏覽下一張圖片；點擊“自動播放”，則自動從上到下播放每一張圖片。是不是很有趣的一個小程序？

鼠標點擊某個鍵，就好像用戶在向圖片瀏覽器發送指令，圖片瀏覽器內部接收到指令後開始調用相應的函數，最終結果是播放上一張或下一張圖片，即執行或響應了用戶發出的命令。客戶並不知道發出的命令是什麼形式，也不知道圖片瀏覽器內部命令是如何執行的；同樣，瀏覽器內部也不知道是誰發送了命令。命令的發送方和接收方（執行方）沒有任何關聯。在軟件設計模式中，有一種將命令的發送者與執行者解耦的設計模式——命令模式。

1.命令模式簡介

命令模式可以將請求（命令）的發送者與接收者完全解耦，發送者與接收者之間沒有直接引用關係，發送請求的對象只需要知道如何發送請求，而不必知道請求是如何完成的。下面是比較晦澀難懂的命令模式的定義：

命令模式：

將一個請求封裝爲一個對象，從而可用不同的請求對客戶進行參數化，對請求排隊或者記錄請求日誌，以及支持可撤銷的操作。

 命令模式的定義比較複雜，也提到一些術語。這些將在下面的闡述和舉例中做進一步說明。

2.命令模式結構

命令模式的UML結構如上圖，命令模式一共有以下幾種角色：

• Command（抽象命令類）：是一個抽象類，聲明瞭用於執行命令的接口execute()。
• ConcreteCommand（具體命令類）：具體的命令類，實現了執行命令的接口execute()，它對應具體的接收者對象，將接收者（Receiver）的動作action()綁定其中。在execu()方法中將調用接收者的動作action()。（這就是定義中的“將請求封裝成一個對象”的體現）
• Invoker（調用者）：請求的發送者，通過命令對象來執行請求。一個調用者不需要在設計時確定其接收者，所以調用者通過聚合，與命令類產生關聯。具體實現中，可以將一個具體命令對象注入到調用者中，再通過調用具體命令對象的execute()方法，實現簡介請求命令執行者（接收者）的操作。
• Receiver（接收者）： 實現處理請求的具體操作（action）。

3.命令模式代碼實例

房間中的開關（Button）就是命令模式的一個實現，本例使用命令模式來模擬開關功能，可控制的對象包括電燈（Lamp）和風扇（Fan）。用戶每次觸摸（touch）開關，都可以打開或者關閉電燈或者電扇。

本實例的UML圖如上所示。抽象命令類僅聲明execute()接口。有兩個具體命令類，分別是控制燈的LampCommand和控制風扇的FanCommand類，兩個具體類中實現了execute()接口，即執行開關燈/風扇請求。本例中的調用者是按鈕Button，每次用戶觸摸touch()）開關按鈕，即是在發送請求。本例具體設計實現過程如下。

3.1.接收者類：電燈和風扇

// 接收者：電燈類
class Lamp
{
public :
	Lamp(){
		this->lampState = false;
	}
	void on(){
		lampState = true;
		printf("Lamp is on\n");
	}
	void off(){
		lampState = false;
		printf("Lamp is off\n");
	}
	bool getLampState(){
		return lampState;
	}
private:
	bool lampState;
};

// 接收者：風扇類
class Fan
{
public:
	Fan(){
		this->fanState = false;
	}
	void on(){
		fanState = true;
		printf("Fan is on\n");
	}
	void off(){
		fanState = false;
		printf("Fan is off\n");
	}
	bool getFanState(){
		return fanState;
	}
private:
	bool fanState;
};

3.2.抽象命令類

// 抽象命令類 Command
class Command
{
public:
	Command(){}
	// 聲明抽象接口：發送命令
	virtual void execute() = 0;
private:
	Command *command;
};

3.3.具體命令類 

// 具體命令類 LampCommand
class LampCommand :public Command
{
public:
	LampCommand(){
		printf("開關控制電燈\n");
		lamp = new Lamp();
	}
	// 實現execute()
	void execute(){
		if (lamp->getLampState()){
			lamp->off();
		}
		else{
			lamp->on();
		}
	}
private:
	Lamp *lamp;
};

// 具體命令類 FanCommand
class FanCommand :public Command
{
public:
	FanCommand(){
		printf("開關控制風扇\n");
		fan = new Fan();
	}
	// 實現execute()
	void execute(){
		if (fan->getFanState()){
			fan->off();
		}
		else{
			fan->on();
		}
	}
private:
	Fan *fan;
};

3.3.調用者：Button

// 調用者 Button
class Button
{
public:
	Button(){}
	// 注入具體命令類對象
	void setCommand(Command *cmd){
		this->command = cmd;
	}
	// 發送命令：觸摸按鈕
	void touch(){
		printf("觸摸開關:");
		command->execute();
	}
private:
	Command *command;
};

 3.4.客戶端代碼示例

#include <iostream>
#include "CommandPattern.h"

int main()
{
	// 實例化調用者：按鈕
	Button *button = new Button();
	Command *lampCmd, *fanCmd;

	// 按鈕控制電燈
	lampCmd = new LampCommand();
	button->setCommand(lampCmd);
	button->touch();
	button->touch();
	button->touch();

	printf("\n\n");

	// 按鈕控制風扇
	fanCmd = new FanCommand();
	button->setCommand(fanCmd);
	button->touch();
	button->touch();
	button->touch();

	printf("\n\n");
	system("pause");
	return 0;
}

3.5.效果

 可以看到，客戶端只需要有一個調用者和抽象命令類，在給調用者注入命令時，再將命令類具體化（這也就是定義中“可用不同的請求對客戶進行參數化”的體現）。客戶端並不知道命令是如何傳遞和響應，只需發送命令touch()即可，由此實現命令發送者和接收者的解耦。

如果系統中增加了新的功能，功能鍵與新功能對應，只需增加對應的具體命令類，在新的具體命令類中調用新的功能類的action()方法，然後將該具體命令類通過注入的方式加入到調用者，無需修改原有代碼，符合開閉原則。

4.命令隊列

有時候，當請求發送者發送一個請求時，有不止一個請求接收者產生響應（Qt信號槽，一個信號可以連接多個槽），這些請求接收者將逐個執行業務方法，完成對請求的處理，此時可以用命令隊列來實現。比如按鈕開關同時控制電燈和風扇，這個例子中，請求發送者是按鈕開關，有兩個接收者產生響應，分別是電燈和風扇。

可以參考的命令隊列的實現方式是增加一個命令隊列類（CommandQueue）來存儲多個命令對象，不同命令對象對應不同的命令接收者。調用者也將面對命令隊列類編程，增加註入具體命令隊列類對象的方法setCommandQueue(CommandQueue *cmdQueue)。

下面的例子展示了按鈕開關請求時，電燈和風扇同時作爲請求的接收者。代碼如下所示：

#ifdef COMMAND_QUEUE
/*************************************/
/*             命令隊列              */
#include <vector>

// 命令隊列類
class CommandQueue
{
public:
	CommandQueue(){
	}
	void addCommand(Command *cmd){
		commandQueue.push_back(cmd);
	}
	void execute(){
		for (int i = 0; i < commandQueue.size(); i++)
		{
			commandQueue[i]->execute();
		}
	}
private:
	vector<Command*>commandQueue;

};

// 調用者
class Button2
{
public:
	Button2(){}
	// 注入具體命令隊列類對象
	void setCommandQueue(CommandQueue *cmdQueue){
		this->cmdQueue = cmdQueue;
	}
	// 發送命令：觸摸按鈕
	void touch(){
		printf("觸摸開關:");
		cmdQueue->execute();
	}
private:
	CommandQueue *cmdQueue;
};

#endif

 客戶端代碼如下：

#ifdef COMMAND_QUEUE

	printf("\n\n***********************************\n");
	Button2 *button2 = new Button2();
	Command *lampCmd2, *fanCmd2;
	CommandQueue *cmdQueue = new CommandQueue();

	// 按鈕控制電燈
	lampCmd2 = new LampCommand();
	cmdQueue->addCommand(lampCmd2);

	// 按鈕控制風扇
	fanCmd2 = new FanCommand();
	cmdQueue->addCommand(fanCmd2);

	button2->setCommandQueue(cmdQueue);
	button2->touch();

#endif

效果如下圖：

5.命令模式其他應用

5.1.記錄請求日誌

將歷史請求記錄保存在日誌裏，即請求日誌。很多軟件系統都提供了日誌文件，記錄運行過程中的流程。一旦系統發生故障，日誌成爲了分析問題的關鍵。日誌也可以保存命令隊列中的所有命令對象，每執行完一個命令就從日誌裏刪除一個對應的對象。

5.2.宏命令

宏命令又叫組合命令，是組合模式和命令模式的結合。宏命令是一個具體命令類，擁有一個命令集合，命令集合中包含了對其他命令對象的引用。宏命令通常不直接與請求者交互，而是通過它的成員來遍歷調用接收者的方法。當調用宏命令的execute()方法時，就遍歷執行每一個具體命令對象的execute()方法。（類似於前面的命令隊列）

6.總結

優點：

• 降低系統耦合度，將命令的請求者與接收者分離解耦，請求者和發送者不存在直接關聯，各自獨立互不影響。
• 便於擴展：新的命令很容易加入到系統中，且符合開閉原則。
• 較容易實現命令隊列或宏命令。
• 爲請求的撤銷和回覆操作提供了一種設計實現方案。

缺點：

• 命令模式可能導致系統中有過多的具體命令類，增加了系統中對象的數量。

適用環境：

• 系統需要將請求發送者和接收者解耦，使得發送者和接收者互不影響。
• 系統需要在不同時間指定請求、將請求排隊和執行請求。
• 系統需要支持命令的撤銷和恢復操作。
• 系統需要將一組操作組合在一起形成宏命令。

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