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命令模式(詳解版)

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在軟件開發系統中,常常出現“方法的請求者”與“方法的實現者”之間存在緊密的耦合關系。這不利于軟件功能的擴展與維護。例如,想對行為進行“撤銷、重做、記錄”等處理都很不方便,因此“如何將方法的請求者與方法的實現者解耦?”變得很重要,命令模式能很好地解決這個問題。

在現實生活中,這樣的例子也很多,例如,電視機遙控器(命令發送者)通過按鈕(具體命令)來遙控電視機(命令接收者),還有計算機鍵盤上的“功能鍵”等。

命令模式的定義與特點

命令(Command)模式的定義如下:將一個請求封裝為一個對象,使發出請求的責任和執行請求的責任分割開。這樣兩者之間通過命令對象進行溝通,這樣方便將命令對象進行儲存、傳遞、調用、增加與管理。

命令模式的主要優點如下。
  1. 降低系統的耦合度。命令模式能將調用操作的對象與實現該操作的對象解耦。
  2. 增加或刪除命令非常方便。采用命令模式增加與刪除命令不會影響其他類,它滿足“開閉原則”,對擴展比較靈活。
  3. 可以實現宏命令。命令模式可以與組合模式結合,將多個命令裝配成一個組合命令,即宏命令。
  4. 方便實現 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以與后面介紹的備忘錄模式結合,實現命令的撤銷與恢復。

其缺點是:可能產生大量具體命令類。因為計對每一個具體操作都需要設計一個具體命令類,這將增加系統的復雜性。

命令模式的結構與實現

可以將系統中的相關操作抽象成命令,使調用者與實現者相關分離,其結構如下。

1. 模式的結構

命令模式包含以下主要角色。
  1. 抽象命令類(Command)角色:聲明執行命令的接口,擁有執行命令的抽象方法 execute()。
  2. 具體命令角色(Concrete    Command)角色:是抽象命令類的具體實現類,它擁有接收者對象,并通過調用接收者的功能來完成命令要執行的操作。
  3. 實現者/接收者(Receiver)角色:執行命令功能的相關操作,是具體命令對象業務的真正實現者。
  4. 調用者/請求者(Invoker)角色:是請求的發送者,它通常擁有很多的命令對象,并通過訪問命令對象來執行相關請求,它不直接訪問接收者。

其結構圖如圖 1 所示。

命令模式的結構圖
圖1 命令模式的結構圖

2. 模式的實現

命令模式的代碼如下:
package command;
public class CommandPattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Command cmd=new ConcreteCommand();
        Invoker ir=new Invoker(cmd);
        System.out.println("客戶訪問調用者的call()方法...");
        ir.call();
    }
}
//調用者
class Invoker
{
    private Command command;
    public Invoker(Command command)
    {
        this.command=command;
    }
    public void setCommand(Command command)
    {
        this.command=command;
    }
    public void call()
    {
        System.out.println("調用者執行命令command...");
        command.execute();
    }
}
//抽象命令
interface Command
{
    public abstract void execute();
}
//具體命令
class ConcreteCommand implements Command
{
    private Receiver receiver;
    ConcreteCommand()
    {
        receiver=new Receiver();
    }
    public void execute()
    {
        receiver.action();
    }
}
//接收者
class Receiver
{
    public void action()
    {
        System.out.println("接收者的action()方法被調用...");
    }
}

程序的運行結果如下:
客戶訪問調用者的call()方法...
調用者執行命令command...
接收者的action()方法被調用...

命令模式的應用實例

【例1】用命令模式實現客戶去餐館吃早餐的實例。

分析:客戶去餐館可選擇的早餐有腸粉、河粉和餛飩等,客戶可向服務員選擇以上早餐中的若干種,服務員將客戶的請求交給相關的廚師去做。這里的點早餐相當于“命令”,服務員相當于“調用者”,廚師相當于“接收者”,所以用命令模式實現比較合適。

首先,定義一個早餐類(Breakfast),它是抽象命令類,有抽象方法 cooking(),說明要做什么;再定義其子類腸粉類(ChangFen)、餛飩類(HunTun)和河粉類(HeFen),它們是具體命令類,實現早餐類的 cooking() 方法,但它們不會具體做,而是交給具體的廚師去做;具體廚師類有腸粉廚師(ChangFenChef)、餛蝕廚師(HunTunChef)和河粉廚師(HeFenChef),他們是命令的接收者,由于本實例要顯示廚師做菜的效果圖(點此下載要顯示的效果圖),所以把每個廚師類定義為 JFrame 的子類;最后,定義服務員類(Waiter),它接收客戶的做菜請求,并發出做菜的命令??蛻纛愂峭ㄟ^服務員類來點菜的,圖 2 所示是其結構圖。

客戶在餐館吃早餐的結構圖
圖2 客戶在餐館吃早餐的結構圖

程序代碼如下:
package command;
import javax.swing.*;
public class CookingCommand
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Breakfast food1=new ChangFen();
        Breakfast food2=new HunTun();
        Breakfast food3=new HeFen();
        Waiter fwy=new Waiter();
        fwy.setChangFen(food1);//設置腸粉菜單
        fwy.setHunTun(food2);  //設置河粉菜單
        fwy.setHeFen(food3);   //設置餛飩菜單
        fwy.chooseChangFen();  //選擇腸粉
        fwy.chooseHeFen();     //選擇河粉
        fwy.chooseHunTun();    //選擇餛飩
    }
}
//調用者:服務員
class Waiter
{
    private Breakfast changFen,hunTun,heFen;
    public void setChangFen(Breakfast f)
    {
        changFen=f;
    }
    public void setHunTun(Breakfast f)
    {
        hunTun=f;
    }
    public void setHeFen(Breakfast f)
    {
        heFen=f;
    }
    public void chooseChangFen()
    {
        changFen.cooking();
    }
    public void chooseHunTun()
    {
        hunTun.cooking();
    }
    public void chooseHeFen()
    {
        heFen.cooking();
    }
}
//抽象命令:早餐
interface Breakfast
{
    public abstract void cooking();
}
//具體命令:腸粉
class ChangFen implements Breakfast
{
    private ChangFenChef receiver;
    ChangFen()
    {
        receiver=new ChangFenChef();
    }
    public void cooking()
    {       
        receiver.cooking();
    }
}
//具體命令:餛飩
class HunTun implements Breakfast
{
    private HunTunChef receiver;
    HunTun()
    {
        receiver=new HunTunChef();
    }
    public void cooking()
    {
        receiver.cooking();
    }
}
//具體命令:河粉
class HeFen implements Breakfast
{
    private HeFenChef receiver;
    HeFen()
    {
        receiver=new HeFenChef();
    }
    public void cooking()
    {
        receiver.cooking();
    }
}
//接收者:腸粉廚師
class ChangFenChef extends JFrame
{   
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    JLabel l=new JLabel();
    ChangFenChef()
    {
        super("煮腸粉");
        l.setIcon(new ImageIcon("src/command/ChangFen.jpg"));
        this.add(l);
        this.setLocation(30, 30);
        this.pack();
        this.setResizable(false);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);   
    }
    public void cooking()
    {
        this.setVisible(true);
    }
}
//接收者:餛飩廚師
class HunTunChef extends JFrame
{
    private static final long serialVersionUID=1L;
    JLabel l=new JLabel();
    HunTunChef()
    {
        super("煮餛飩");
        l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HunTun.jpg"));
        this.add(l);
        this.setLocation(350, 50);
        this.pack();
        this.setResizable(false);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    
    }
    public void cooking()
    {
        this.setVisible(true);
    }
}
//接收者:河粉廚師
class HeFenChef extends JFrame
{
    private static final long serialVersionUID=1L;
    JLabel l=new JLabel();
    HeFenChef()
    {
        super("煮河粉");
        l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HeFen.jpg"));
        this.add(l);
        this.setLocation(200, 280);
        this.pack();
        this.setResizable(false);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    }
    public void cooking()
    {
        this.setVisible(true);
    }
}

程序的運行結果如圖 2 所示。

客戶在餐館吃早餐的運行結果
圖2 客戶在餐館吃早餐的運行結果

命令模式的應用場景

命令模式通常適用于以下場景。
  1. 當系統需要將請求調用者與請求接收者解耦時,命令模式使得調用者和接收者不直接交互。
  2. 當系統需要隨機請求命令或經常增加或刪除命令時,命令模式比較方便實現這些功能。
  3. 當系統需要執行一組操作時,命令模式可以定義宏命令來實現該功能。
  4. 當系統需要支持命令的撤銷(Undo)操作和恢復(Redo)操作時,可以將命令對象存儲起來,采用備忘錄模式來實現。

命令模式的擴展

在軟件開發中,有時將命令模式與前面學的組合模式聯合使用,這就構成了宏命令模式,也叫組合命令模式。宏命令包含了一組命令,它充當了具體命令與調用者的雙重角色,執行它時將遞歸調用它所包含的所有命令,其具體結構圖如圖 3 所示。

組合命令模式的結構圖
圖3 組合命令模式的結構圖

程序代碼如下:
package command;
import java.util.ArrayList;
public class CompositeCommandPattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        AbstractCommand cmd1=new ConcreteCommand1();
        AbstractCommand cmd2=new ConcreteCommand2();
        CompositeInvoker ir=new CompositeInvoker();
        ir.add(cmd1);
        ir.add(cmd2);
        System.out.println("客戶訪問調用者的execute()方法...");
        ir.execute();
    }
}
//抽象命令
interface AbstractCommand
{
    public abstract void execute();
}
//樹葉構件: 具體命令1
class ConcreteCommand1 implements AbstractCommand
{
    private CompositeReceiver receiver;
    ConcreteCommand1()
    {
        receiver=new CompositeReceiver();
    }
    public void execute()
    {       
        receiver.action1();
    }
}
//樹葉構件: 具體命令2
class ConcreteCommand2 implements AbstractCommand
{
    private CompositeReceiver receiver;
    ConcreteCommand2()
    {
        receiver=new CompositeReceiver();
    }
    public void execute()
    {       
        receiver.action2();
    }
}
//樹枝構件: 調用者
class CompositeInvoker implements AbstractCommand
{
    private ArrayList<AbstractCommand> children = new ArrayList<AbstractCommand>();   
    public void add(AbstractCommand c)
    {
        children.add(c);
    }   
    public void remove(AbstractCommand c)
    {
        children.remove(c);
    }   
    public AbstractCommand getChild(int i)
    {
        return children.get(i);
    }   
    public void execute()
    {
        for(Object obj:children)
        {
            ((AbstractCommand)obj).execute();
        }
    }    
}
//接收者
class CompositeReceiver
{
    public void action1()
    {
        System.out.println("接收者的action1()方法被調用...");
    }
    public void action2()
    {
        System.out.println("接收者的action2()方法被調用...");
    }
}

程序的運行結果如下:
客戶訪問調用者的execute()方法...
接收者的action1()方法被調用...
接收者的action2()方法被調用...

當然,命令模式還可以同備忘錄(Memento)模式組合使用,這樣就變成了可撤銷的命令模式,這將在后面介紹。
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