命令模式
命令模式是一种行为设计模式，它将请求封装成一个对象，从而使我们可以将不同的请求、队列或日志请求等参数化，同时支持可撤销的操作。该模式的核心思想是将请求发送者和接收者解耦，让它们不直接交互，而是通过命令对象进行交互，即将请求封装成类对象。命令模式通常用于以下场景：
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需要将请求发送者和接收者解耦的场景，以便于适应变化。
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需要支持撤销和恢复操作的场景。
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需要将一组操作组合在一起执行的场景，也称为批处理。
命令模式包含以下角色：
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命令(Command)：定义命令的接口，通常包含执行和撤销两个方法。
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具体命令(ConcreteCommand)：实现命令接口，包含了对应的操作。
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命令接收者(Receiver)：执行命令的对象。
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命令发起者(Invoker)：调用命令的对象，负责将命令发送给命令接收者。
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客户端(Client)：创建命令对象并将其发送给命令发起者。
命令模式UML类图
下面给出一个命令模式的C++示例：
class Command {
public:
virtual ~Command() {}
virtual void execute() = 0;
virtual void undo() = 0;
};
class ConcreteCommand : public Command {
public:
ConcreteCommand(std::shared_ptr<Receiver> receiver) : m_receiver(receiver) {}
virtual void execute() {
m_receiver->action();
}
virtual void undo() {
m_receiver->undoAction();
}
private:
std::shared_ptr<Receiver> m_receiver;
};
class Receiver {
public:
void action() {
// 执行操作
}
void undoAction() {
// 撤销操作
}
};
class Invoker {
public:
void setCommand(std::shared_ptr<Command> command) {
m_command = command;
}
void executeCommand() {
m_command->execute();
}
void undoCommand() {
m_command->undo();
}
private:
std::shared_ptr<Command> m_command;
};
int main() {
auto receiver = std::make_shared<Receiver>();
auto command = std::make_shared<ConcreteCommand>(receiver);
auto invoker = std::make_shared<Invoker>();
invoker->setCommand(command);
invoker->executeCommand();
invoker->undoCommand();
return 0;
}
在上面的示例中，Command类是命令接口，定义了execute和undo方法。ConcreteCommand类是具体命令类，实现了Command接口，包含了对应的操作。Receiver类是命令接收者，执行命令的对象。Invoker类是命令发起者，调用命令的对象，负责将命令发送给命令接收者。在客户端代码中，我们创建了一个Receiver对象和一个ConcreteCommand对象，并将其传递给Invoker对象。然后，我们调用Invoker对象的executeCommand方法来执行ConcreteCommand对象的操作。如果需要撤销操作，我们可以调用Invoker对象的undoCommand方法来执行ConcreteCommand对象的undo操作。
撤销/重做框架（QUndoStack、QUndoCommand等类）
Qt的撤销/重做框架（QUndoStack、QUndoCommand等类）是命令模式的一种实现。在Qt的撤销/重做框架中，每个操作都被封装为一个QUndoCommand的子类对象。
以下是一个使用Qt的撤销/重做框架的程序示例：
#include <QApplication>
#include <QTextEdit>
#include <QUndoStack>
#include <QPushButton>
#include <QVBoxLayout>
#include <QUndoCommand>
class MyCommand : public QUndoCommand
{
public:
MyCommand(QTextEdit *editor, const QString &text, QUndoCommand *parent = nullptr)
: QUndoCommand(parent), m_editor(editor), m_text(text), m_oldText(editor->toPlainText()) {}
void undo() override
{
m_editor->setPlainText(m_oldText);
}
void redo() override
{
m_editor->setPlainText(m_text);
}
private:
QTextEdit *m_editor;
QString m_text;
QString m_oldText;
};
int main(int argc, char **argv)
{
QApplication app(argc, argv);
QUndoStack stack;
QTextEdit editor;
QPushButton undoButton("Undo");
QPushButton redoButton("Redo");
QObject::connect(&undoButton, &QPushButton::clicked, &stack, &QUndoStack::undo);
QObject::connect(&redoButton, &QPushButton::clicked, &stack, &QUndoStack::redo);
QObject::connect(&editor, &QTextEdit::textChanged, [&]() {
stack.push(new MyCommand(&editor, editor.toPlainText()));
});
QVBoxLayout layout;
layout.addWidget(&editor);
layout.addWidget(&undoButton);
layout.addWidget(&redoButton);
QWidget window;
window.setLayout(&layout);
window.show();
return app.exec();
}
在上述示例中，MyCommand 是 QUndoCommand 的子类。每次 QTextEdit 的文本改变时，就会创建一个新的 MyCommand 对象并将其压入 QUndoStack。当点击 "Undo" 按钮时，就会撤销栈顶的命令；当点击 "Redo" 按钮时，就会重做栈顶的命令。
在这个例子中，相关的类扮演的角色如下：
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命令(Command)：
QUndoCommand是命令接口。它定义了执行（redo）和撤销（undo）的方法。 -
具体命令(ConcreteCommand)：
MyCommand是具体的命令。它是QUndoCommand的子类，实现了redo和undo方法。 -
命令接收者(Receiver)：
QTextEdit是命令的接收者。它是执行命令的对象，MyCommand的redo和undo方法都是操作QTextEdit。 -
命令发起者(Invoker)：
QUndoStack是命令的发起者。它负责调用和存储命令。QPushButton实际上也扮演了命令发起者的角色，因为它们是触发执行或撤销命令的实际用户界面元素。 -
客户端(Client)：在这个例子中，main 函数就是客户端。它创建了应用程序，包括命令接收者（
QTextEdit）、命令发起者（QUndoStack和QPushButton）、并在QTextEdit的文本变化时创建具体命令（MyCommand）。
下面给出相关的类在Qt源码中的实现。同样，这里隐去了很多与命令模式无关的细节，但对理解命令模式应该是足够的。
class QUndoCommand
{
public:
virtual ~QUndoCommand() {}
virtual void undo() = 0;
virtual void redo() = 0;
};
class QUndoStack
{
public:
void push(QUndoCommand *cmd)
{
m_stack.push(cmd);
cmd->redo();
}
void undo()
{
if (!m_stack.isEmpty()) {
QUndoCommand *cmd = m_stack.pop();
cmd->undo();
m_undoStack.push(cmd);
}
}
void redo()
{
if (!m_undoStack.isEmpty()) {
QUndoCommand *cmd = m_undoStack.pop();
cmd->redo();
m_stack.push(cmd);
}
}
private:
QStack<QUndoCommand*> m_stack;
QStack<QUndoCommand*> m_undoStack;
};
MyCommand类我们已经在前面实现了，这里不再重复。对于命令的接收者QTextEdit，我们也不需要关注它的源码，因为它的功能就是一个文本编辑器，我们只需要知道它提供了setPlainText()和toPlainText()等函数供我们在MyCommand中使用就可以了。
需要注意的是，在标准的命令模式中，通常只有一个存储命令对象的容器，可以是是队列或栈，也可以仅仅是只是单个命令对象（如我们一开始给出的命令模式的示例）。然而，在实现撤销/重做功能时，通常需要两个栈结构。
在Qt的QUndoStack中，主栈用于存储执行过的命令，当调用undo()方法时，会从主栈中弹出命令并执行其undo操作，同时该命令会被压入撤销栈。撤销栈用于存储撤销过的命令，当调用redo()方法时，会从撤销栈中弹出命令并执行其redo操作，同时该命令会被压回主栈。这样的设计使得QUndoStack能够按正确的顺序执行和撤销命令，同时还能在撤销命令后重新执行它们。
总结
Qt的撤销/重做框架，实现了命令模式，并使用了两个栈的方式维护了操作的历史记录，确实是很精妙的设计。除此之外，Qt的撤销/重做框架是支持多个命令的合并的，这在文字编辑或者其他需要撤销/重做框架的需求中，都是很有用的。QUndoCommand类提供了一个可重写的mergeWith方法，可以用来合并连续的、类似的操作，使其在撤销/重做时被视为一个单一的操作。这里由于篇幅问题，不展开讨论。总的来说，Qt的撤销/重做框架，很好地实现了命令模式。
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