1. 為什么我要把命令模式寫(xiě)進(jìn)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目里先交代一個(gè)背景。我之前寫(xiě)過(guò)不少所謂“設(shè)計(jì)模式教程”大多是拿著UML圖和幾段玩具代碼講概念讀者看完記住了“命令模式就是把請(qǐng)求封裝成對(duì)象”但真到自己寫(xiě)業(yè)務(wù)代碼時(shí)還是不知道該在哪個(gè)環(huán)節(jié)用、怎么用。這次我在一個(gè)C的模擬器項(xiàng)目里真正落地了命令模式踩了不少坑也把很多“教科書(shū)沒(méi)寫(xiě)明白”的地方捋清楚了所以專(zhuān)門(mén)寫(xiě)一篇實(shí)戰(zhàn)向的總結(jié)。這篇文章的內(nèi)容是命令模式在C里的完整實(shí)現(xiàn)思路、代碼結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)坑點(diǎn)、以及我實(shí)際項(xiàng)目中擴(kuò)展出來(lái)的用法。適合已經(jīng)掌握C基礎(chǔ)語(yǔ)法、想弄懂設(shè)計(jì)模式到底怎么落地的人也適合正在寫(xiě)游戲命令系統(tǒng)、編輯器撤銷(xiāo)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議指令分發(fā)這類(lèi)場(chǎng)景的C開(kāi)發(fā)者。我會(huì)盡量用“項(xiàng)目里真實(shí)發(fā)生過(guò)的問(wèn)題”來(lái)講而不是照著概念念。先說(shuō)結(jié)論命令模式在C里最核心的價(jià)值不是“解耦”而是“把行為變成可傳遞、可排隊(duì)、可回滾的數(shù)據(jù)”。理解到這一層你才會(huì)在正確的場(chǎng)景想起它。2. 命令模式的適用場(chǎng)景與設(shè)計(jì)取舍2.1 什么時(shí)候該用命令模式很多人對(duì)命令模式的第一印象是“用來(lái)做撤銷(xiāo)”。沒(méi)錯(cuò)撤銷(xiāo)確實(shí)是命令模式最經(jīng)典的應(yīng)用但不是唯一應(yīng)用。我這次在項(xiàng)目里用到的場(chǎng)景有四個(gè)按鍵映射、宏錄制、延遲指令隊(duì)列、操作回放。這四個(gè)場(chǎng)景有個(gè)共同點(diǎn)行為的觸發(fā)時(shí)機(jī)和執(zhí)行時(shí)機(jī)是分離的。按鍵按下時(shí)只是“記錄了一個(gè)指令”真正執(zhí)行可能發(fā)生在幾百毫秒后的游戲幀更新里或者發(fā)生在用戶錄制完一整段操作之后。如果直接把觸發(fā)代碼和執(zhí)行代碼寫(xiě)在一起這些功能就得硬編碼在輸入處理模塊里模塊會(huì)越來(lái)越臃腫。我做這個(gè)模擬器項(xiàng)目時(shí)的需求挺典型支持玩家自定義按鍵同時(shí)要錄制一段操作序列用于自動(dòng)化測(cè)試。如果不用命令模式按鍵映射就得寫(xiě)成一大串switch-case錄制功能就得把執(zhí)行路徑上的所有處理邏輯再?gòu)?fù)制一份代碼能惡心到你懷疑人生。用了命令模式之后按鍵處理只負(fù)責(zé)“把Command對(duì)象塞進(jìn)隊(duì)列”錄制器只負(fù)責(zé)“把Command對(duì)象序列化”執(zhí)行器只負(fù)責(zé)“從隊(duì)列里取出Command并執(zhí)行”三個(gè)模塊各干各的互不污染。判斷一個(gè)場(chǎng)景適不適合命令模式我一般問(wèn)三個(gè)問(wèn)題這個(gè)操作是否需要被延遲執(zhí)行、排隊(duì)執(zhí)行這個(gè)操作是否需要被記錄/回放/撤銷(xiāo)觸發(fā)者和執(zhí)行者是否希望能各自獨(dú)立變化如果三個(gè)問(wèn)題里中了兩條那就值得上命令模式。只中一條的話可能用函數(shù)指針或者回調(diào)就夠了強(qiáng)行上模式反而增加代碼量。2.2 為什么C里用命令模式反而“更順”同一種模式在Java、C#、Python里寫(xiě)起來(lái)感覺(jué)不一樣在C里寫(xiě)命令模式特別自然原因在于C有指針、引用、值語(yǔ)義和RAII這套組合拳。Java里命令對(duì)象基本就是一個(gè)接一個(gè)new出來(lái)的堆對(duì)象管理生命周期得靠GCC里你可以用智能指針、可以用值語(yǔ)義把命令對(duì)象直接放進(jìn)容器、可以用移動(dòng)語(yǔ)義把參數(shù)高效傳遞寫(xiě)出來(lái)的代碼在性能上更可控在組合方式上更靈活。C里最順手的命令模式骨架一般是這樣的抽象基類(lèi)定義Execute和Undo接口具體命令類(lèi)持有接收者引用和參數(shù)調(diào)用方只跟基類(lèi)指針打交道。這里有個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)命令對(duì)象持有的是“做什么事需要的數(shù)據(jù)”而不是“怎么做這件事的完整流程”。如果你發(fā)現(xiàn)自己把大量業(yè)務(wù)邏輯塞進(jìn)了命令類(lèi)那其實(shí)就是把“命令”和“執(zhí)行者”混在了一起后文我會(huì)專(zhuān)門(mén)講怎么拆。2.3 不用命令模式的行嗎對(duì)比一下我見(jiàn)過(guò)不少人說(shuō)“一個(gè)函數(shù)指針就能解決的事為什么要建一堆類(lèi)”。這話一半對(duì)一半錯(cuò)。函數(shù)指針或std::function確實(shí)能解決簡(jiǎn)單回調(diào)但命令模式跟回調(diào)有本質(zhì)區(qū)別回調(diào)只能表達(dá)“執(zhí)行什么”命令模式還能表達(dá)“執(zhí)行前需要緩存什么狀態(tài)”“執(zhí)行后如何撤銷(xiāo)”“這個(gè)操作可以被序列化保存”。舉個(gè)例子模擬器里要支持“移動(dòng)角色”這個(gè)操作簡(jiǎn)單回調(diào)只需要調(diào)一下move函數(shù)但如果要撤銷(xiāo)撤銷(xiāo)時(shí)你得知道之前的位置這個(gè)“之前的位置”就是命令對(duì)象里保存的狀態(tài)。函數(shù)指針做不到自動(dòng)幫您保存狀態(tài)你得額外維護(hù)一個(gè)外部狀態(tài)表那代碼復(fù)雜度不降反升。我做個(gè)對(duì)比表方便大家選擇實(shí)現(xiàn)方式能否延遲執(zhí)行能否排隊(duì)能否撤銷(xiāo)能否錄制回放代碼侵入性直接if/else調(diào)用否否否否低但易膨脹std::function回調(diào)是存起來(lái)弱手動(dòng)隊(duì)列否否低觀察者/事件模式是弱否弱中命令模式是強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)中高如果你的需求只停留在“點(diǎn)一下按鈕執(zhí)行個(gè)動(dòng)作”用std::function完全夠。但如果你需要撤銷(xiāo)、錄制、按鍵重映射這些高級(jí)特性命令模式從長(zhǎng)期維護(hù)角度看是更省事的方案。3. 核心細(xì)節(jié)解析與實(shí)操要點(diǎn)3.1 命令基類(lèi)設(shè)計(jì)的三個(gè)層次命令模式在C里實(shí)現(xiàn)起來(lái)看似簡(jiǎn)單但有幾個(gè)細(xì)節(jié)特別容易寫(xiě)歪。我先把骨架寫(xiě)出來(lái)再逐個(gè)講為什么這么設(shè)計(jì)。class ICommand { public: virtual ~ICommand() default; virtual void Execute() 0; virtual void Undo() 0; // 可選用于命令隊(duì)列/宏錄制的可讀標(biāo)識(shí) virtual std::string GetName() const { return ICommand; } };這個(gè)基類(lèi)極其簡(jiǎn)單但有幾個(gè)地方需要你認(rèn)真思考。第一Undo不是必須的如果某些原子操作不支持撤銷(xiāo)可以讓Undo拋異常或者返回錯(cuò)誤碼更穩(wěn)妥的做法是讓命令基類(lèi)分兩種一種帶Undo一種不帶。我實(shí)際項(xiàng)目里用的是ICommand和IRevertibleCommand兩個(gè)基類(lèi)因?yàn)橛行┫到y(tǒng)命令比如“加載存檔”沒(méi)法撤銷(xiāo)硬實(shí)現(xiàn)一個(gè)空Undo會(huì)讓代碼語(yǔ)義混亂。第二GetName這個(gè)虛函數(shù)很多人會(huì)忽略但它在宏錄制和日志排查時(shí)特別有用。錄下來(lái)的操作序列得能轉(zhuǎn)成可讀文本不然調(diào)試時(shí)你只能看到一堆地址。這個(gè)函數(shù)不需要太復(fù)雜能返回操作類(lèi)型即可。第三基類(lèi)析構(gòu)函數(shù)必須寫(xiě)成virtual而且最好用 default不要寫(xiě)空實(shí)現(xiàn)。原因很簡(jiǎn)單子類(lèi)析構(gòu)時(shí)需要通過(guò)基類(lèi)指針正確釋放如果析構(gòu)函數(shù)非虛delete一個(gè)指向派生類(lèi)的基類(lèi)指針就是未定義行為。這個(gè)是老生常談但我在面試中真的見(jiàn)過(guò)不少人犯這個(gè)錯(cuò)。3.2 命令對(duì)象里到底該存什么數(shù)據(jù)講個(gè)我踩過(guò)的坑。早期寫(xiě)移動(dòng)命令時(shí)我天真地把執(zhí)行者指針和目的地坐標(biāo)存進(jìn)命令對(duì)象Execute里直接調(diào)用執(zhí)行者的移動(dòng)方法。class MoveCommand : public ICommand { Actor* actor; Point targetPos; public: void Execute() override { actor-MoveTo(targetPos); } };看起來(lái)沒(méi)問(wèn)題但一旦加撤銷(xiāo)功能就出事了撤銷(xiāo)時(shí)你得知道移動(dòng)前的位置但這個(gè)“之前的位置”在Execute里才會(huì)被記錄。于是我只能采取“執(zhí)行前先快照”這種丑陋做法void Execute() override { prevPos actor-GetPos(); actor-MoveTo(targetPos); }雖然能工作但邏輯上有隱患——如果Execute被重復(fù)調(diào)用第一次會(huì)保存正確的前位置第二次則會(huì)保存第一次移動(dòng)后的位置然后Undo的時(shí)候就把位置回退錯(cuò)了。一個(gè)命令對(duì)象只應(yīng)該被“干凈地”執(zhí)行一次或者所有狀態(tài)都放到接收者那邊統(tǒng)一管理。更合理的設(shè)計(jì)是把“命令自己需要多少狀態(tài)”、“哪些狀態(tài)必須由調(diào)用方傳入”想清楚。我的做法是命令對(duì)象只保存“發(fā)起這次命令時(shí)需要知道的業(yè)務(wù)參數(shù)”而把“執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的中間狀態(tài)”存放在接收者Actor身上。撤銷(xiāo)時(shí)直接從接收者身上取舊狀態(tài)來(lái)恢復(fù)。這樣命令對(duì)象就變成無(wú)狀態(tài)快照一個(gè)命令可以被安全地重復(fù)入隊(duì)、重復(fù)執(zhí)行。class MoveCommand : public ICommand { Actor* actor; Point targetPos; public: explicit MoveCommand(Actor* a, Point target) : actor(a), targetPos(target) {} void Execute() override { actor-MoveTo(targetPos); // Actor內(nèi)部自己處理舊狀態(tài)記錄 } void Undo() override { actor-UndoMove(); // Actor內(nèi)部知道自己之前在哪 } };有人會(huì)問(wèn)狀態(tài)放Actor里不就把歷史堆在Actor身上了嗎對(duì)這不算壞事反而符合“每個(gè)模塊管好自己的狀態(tài)”的原則。Actor本來(lái)就要維護(hù)自己的位置狀態(tài)多維護(hù)一個(gè)“上一步位置”沒(méi)有增加多少負(fù)擔(dān)但命令類(lèi)變得非常輕量。3.3 命令對(duì)象的創(chuàng)建由誰(shuí)負(fù)責(zé)命令模式里還有一個(gè)“工廠”問(wèn)題經(jīng)常被忽略。按鍵按下時(shí)你根據(jù)按鍵碼創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的命令對(duì)象要是按鍵碼和具體命令類(lèi)的映射寫(xiě)滿一堆switch-case那跟不用命令模式?jīng)]區(qū)別。更合理的方式是讓一個(gè)工廠類(lèi)或注冊(cè)表來(lái)統(tǒng)一處理映射關(guān)系。我這里用了一個(gè)簡(jiǎn)單的注冊(cè)表存的是按鍵碼 - 命令工廠函數(shù)class CommandFactory { public: using Creator std::functionstd::unique_ptrICommand(); void Register(int keyCode, Creator creator) { registry_[keyCode] std::move(creator); } std::unique_ptrICommand Create(int keyCode) const { auto it registry_.find(keyCode); if (it ! registry_.end()) { return (it-second)(); } return nullptr; } private: std::unordered_mapint, Creator registry_; };手動(dòng)注冊(cè)時(shí)有點(diǎn)像這樣factory.Register(SDLK_w, [] { return std::make_uniqueMoveForwardCommand(); }); factory.Register(SDLK_s, [] { return std::make_uniqueMoveBackwardCommand(); }); factory.Register(SDLK_SPACE, [] { return std::make_uniqueJumpCommand(); });用std::function存工廠函數(shù)的好處是你甚至可以注冊(cè)匿名函數(shù)把多個(gè)按鍵映射到同一個(gè)帶不同參數(shù)的命令對(duì)象。比如上移和下移其實(shí)可以都映射到MoveCommand只是targetPos一個(gè)往上一個(gè)往下通過(guò)lambda捕獲參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)不用非得給每個(gè)方向?qū)懸粋€(gè)命令子類(lèi)。一開(kāi)始就把“創(chuàng)建命令對(duì)象”這件事抽出來(lái)后面加新操作、改按鍵配置就非常方便也不用在輸入處理模塊里堆一大堆條件分支。4. 實(shí)操過(guò)程與核心環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)4.1 搭建基礎(chǔ)框架接收者、命令、調(diào)用者現(xiàn)在把整套命令模式在C里的完整實(shí)現(xiàn)寫(xiě)一遍。為了好理解我以一個(gè)簡(jiǎn)單的“模擬控制臺(tái)”作為場(chǎng)景有一個(gè)顯示器對(duì)象可以執(zhí)行“打印一行文字”“清屏”“改變光標(biāo)位置”等操作。同時(shí)我們要支持宏錄制和撤銷(xiāo)。先定義接收者——它才是真正干活的對(duì)象class Display { public: void Print(const std::string text) { std::cout [Display] text std::endl; log_.push_back(Print: text); } void Clear() { std::cout [Display] 清屏 std::endl; log_.clear(); } void RestoreFromLog(const std::vectorstd::string log) { log_ log; } std::vectorstd::string GetLog() const { return log_; } private: std::vectorstd::string log_; };Display內(nèi)部用log_記錄了自己執(zhí)行過(guò)的操作序列這樣做撤銷(xiāo)時(shí)可以恢復(fù)狀態(tài)也方便錄制宏回放。接收者里存日志在很多具體業(yè)務(wù)里是合理的因?yàn)槟慊胤呕虺蜂N(xiāo)時(shí)需要精確到接收者的內(nèi)部狀態(tài)。然后定義具體命令。打印命令要保存兩個(gè)東西接收者指針、要打印的文本。同時(shí)為了避免執(zhí)行兩次后撤銷(xiāo)出錯(cuò)用executeCount來(lái)標(biāo)記執(zhí)行狀態(tài)class PrintCommand : public ICommand { public: PrintCommand(Display* display, std::string text) : display_(display), text_(std::move(text)) {} void Execute() override { if (executed_) { std::cerr PrintCommand 已執(zhí)行過(guò)不能重復(fù)執(zhí)行 std::endl; return; } display_-Print(text_); savedLog_ display_-GetLog(); executed_ true; } void Undo() override { if (!executed_) { std::cerr PrintCommand 未執(zhí)行無(wú)法撤銷(xiāo) std::endl; return; } display_-RestoreFromLog(savedLog_); executed_ false; } private: Display* display_; std::string text_; std::vectorstd::string savedLog_; bool executed_ false; };清屏命令稍微不同它的Undo要比Print復(fù)雜因?yàn)榍迤習(xí)G掉所有日志所以需要在Execute時(shí)先把整個(gè)log備份下來(lái)class ClearCommand : public ICommand { public: explicit ClearCommand(Display* display) : display_(display) {} void Execute() override { if (executed_) return; backupLog_ display_-GetLog(); display_-Clear(); executed_ true; } void Undo() override { if (!executed_) return; display_-RestoreFromLog(backupLog_); executed_ false; } private: Display* display_; std::vectorstd::string backupLog_; bool executed_ false; };簡(jiǎn)單起見(jiàn)我用vector 做日志快照真正的項(xiàng)目里如果狀態(tài)太大就要考慮用更高效的方式比如偏移量回滾、狀態(tài)差分快照但原理一樣撤銷(xiāo)的本質(zhì)就是恢復(fù)執(zhí)行前的狀態(tài)。調(diào)用者Invoker這里用一個(gè)CommandInvoker來(lái)管理命令棧和撤銷(xiāo)棧class CommandInvoker { public: void Execute(std::unique_ptrICommand cmd) { cmd-Execute(); executedCommands_.push(std::move(cmd)); } void Undo() { if (executedCommands_.empty()) return; auto cmd std::move(executedCommands_.top()); executedCommands_.pop(); cmd-Undo(); undoneCommands_.push(std::move(cmd)); } void Redo() { if (undoneCommands_.empty()) return; auto cmd std::move(undoneCommands_.top()); undoneCommands_.pop(); cmd-Execute(); executedCommands_.push(std::move(cmd)); } private: std::stackstd::unique_ptrICommand executedCommands_; std::stackstd::unique_ptrICommand undoneCommands_; };有了這個(gè)Invoker你用起來(lái)就很舒服了命令執(zhí)行完進(jìn)棧撤銷(xiāo)時(shí)從棧里彈出來(lái)執(zhí)行Undo再放進(jìn)Redo棧。無(wú)限制的undo/redo就實(shí)現(xiàn)了。實(shí)際項(xiàng)目里一般會(huì)限制棧的大小比如最多存100步歷史避免內(nèi)存膨脹我在后面會(huì)講到。4.2 增加宏錄制與回放能力命令模式最大的一個(gè)甜點(diǎn)就是宏錄制。錄制時(shí)你并不需要把業(yè)務(wù)邏輯再寫(xiě)一遍只需要在調(diào)用Invoker執(zhí)行命令之前先把命令對(duì)象拷貝一份扔進(jìn)“錄像帶”即可。這里有個(gè)C特有的坑std::unique_ptr不能拷貝所以如果你想把命令對(duì)象同時(shí)放進(jìn)執(zhí)行棧和錄制列表就得用std::shared_ptr或者讓命令類(lèi)提供Clone()方法。我在項(xiàng)目里更傾向于用Clone方法因?yàn)殇浿七^(guò)程中命令對(duì)象可能會(huì)攜帶執(zhí)行時(shí)的內(nèi)部狀態(tài)直接復(fù)用同一份指針會(huì)讓執(zhí)行狀態(tài)和錄制狀態(tài)互相干擾。先給基類(lèi)加一個(gè)純虛Cloneclass ICommand { public: virtual ~ICommand() default; virtual void Execute() 0; virtual void Undo() 0; virtual std::unique_ptrICommand Clone() const 0; };PrintCommand的Clone實(shí)現(xiàn)std::unique_ptrICommand Clone() const override { return std::make_uniquePrintCommand(display_, text_); }然后是宏錄制器class MacroRecorder { public: void Start() { commands_.clear(); recording_ true; } void Stop() { recording_ false; } void Record(const ICommand cmd) { if (recording_) { commands_.push_back(cmd.Clone()); } } void Replay(CommandInvoker invoker) { for (auto cmd : commands_) { invoker.Execute(std::move(cmd)); } commands_.clear(); } bool IsRecording() const { return recording_; } private: std::vectorstd::unique_ptrICommand commands_; bool recording_ false; };注意調(diào)用時(shí)機(jī)需要在Invoker執(zhí)行命令之前調(diào)用Record。如果先執(zhí)行了再Record錄下來(lái)的命令對(duì)象就已經(jīng)帶著被執(zhí)行過(guò)的狀態(tài)比如我的executed_為true后續(xù)回放就廢掉了。void ExecuteWithRecord(CommandInvoker invoker, MacroRecorder recorder, std::unique_ptrICommand cmd) { if (recorder.IsRecording()) { recorder.Record(*cmd); } invoker.Execute(std::move(cmd)); }宏回放本質(zhì)上是把錄下來(lái)的命令一個(gè)個(gè)重新執(zhí)行一遍。回放時(shí)如果還帶著撤銷(xiāo)棧那回放操作本身也可以被當(dāng)做一條大命令進(jìn)行撤銷(xiāo)這是一個(gè)進(jìn)階技巧有興趣的可以自己擴(kuò)展。4.3 按鍵輸入與命令對(duì)象的映射模擬器里當(dāng)時(shí)用SDL2做輸入但不管什么平臺(tái)底層都是拿到一個(gè)按鍵碼然后查映射表創(chuàng)建命令對(duì)象。這一部分我用一個(gè)InputHandler類(lèi)來(lái)收攏邏輯class InputHandler { public: InputHandler(CommandInvoker invoker, MacroRecorder recorder) : invoker_(invoker), recorder_(recorder) {} void BindKey(int key, CommandFactory::Creator creator) { keyMap_[key] std::move(creator); } void OnKeyDown(int key) { auto it keyMap_.find(key); if (it keyMap_.end()) return; auto cmd (it-second)(); if (recorder_.IsRecording()) { recorder_.Record(*cmd); } invoker_.Execute(std::move(cmd)); } private: CommandInvoker invoker_; MacroRecorder recorder_; std::unordered_mapint, CommandFactory::Creator keyMap_; };綁定關(guān)系在初始化時(shí)配置InputHandler handler(invoker, recorder); handler.BindKey(SDLK_p, [] { return std::make_uniquePrintCommand(display, hello); }); handler.BindKey(SDLK_c, [] { return std::make_uniqueClearCommand(display); }); handler.BindKey(SDLK_r, [] { // 錄制/停止 if (!recorder.IsRecording()) recorder.Start(); else recorder.Stop(); return nullptr; });這里有個(gè)小問(wèn)題BindKey的lambda必須返回unique_ptrICommand但像“開(kāi)始/停止錄制”這種操作本身不是Command。兩種解法一是把它包裝成RecordCommand這樣的命令對(duì)象二是在OnKeyDown里特殊處理。我傾向于全部統(tǒng)一成命令對(duì)象因?yàn)殇浿茽顟B(tài)的切換本身也是一種可撤銷(xiāo)操作雖然撤銷(xiāo)意義不大但統(tǒng)一處理會(huì)讓事件循環(huán)更干凈。后面我會(huì)給出這段代碼。4.4 完整的調(diào)用流程演示來(lái)一個(gè)能直接編譯運(yùn)行的完整示例我把代碼壓縮到最小方便跑起來(lái)看效果#include iostream #include memory #include string #include vector #include stack #include unordered_map #include functional class Display { public: void Print(const std::string text) { log_.push_back(text); std::cout [執(zhí)行] text std::endl; } void Clear() { log_.clear(); std::cout [執(zhí)行] 清屏 std::endl; } const std::vectorstd::string GetLog() const { return log_; } void SetLog(std::vectorstd::string log) { log_ std::move(log); } private: std::vectorstd::string log_; }; class ICommand { public: virtual ~ICommand() default; virtual void Execute() 0; virtual void Undo() 0; virtual std::unique_ptrICommand Clone() const 0; }; class PrintCommand : public ICommand { public: PrintCommand(Display* d, std::string text) : display_(d), text_(std::move(text)) {} void Execute() override { backupLog_ display_-GetLog(); display_-Print(text_); executed_ true; } void Undo() override { if (!executed_) return; display_-SetLog(backupLog_); executed_ false; } std::unique_ptrICommand Clone() const override { return std::make_uniquePrintCommand(display_, text_); } private: Display* display_; std::string text_; std::vectorstd::string backupLog_; bool executed_ false; }; class ClearCommand : public ICommand { public: explicit ClearCommand(Display* d) : display_(d) {} void Execute() override { backupLog_ display_-GetLog(); display_-Clear(); executed_ true; } void Undo() override { if (!executed_) return; display_-SetLog(backupLog_); executed_ false; } std::unique_ptrICommand Clone() const override { return std::make_uniqueClearCommand(display_); } private: Display* display_; std::vectorstd::string backupLog_; bool executed_ false; }; class CommandInvoker { public: void Execute(std::unique_ptrICommand cmd) { cmd-Execute(); executed_.push(std::move(cmd)); // 新執(zhí)行時(shí)清空redo棧 while (!undone_.empty()) undone_.pop(); } void Undo() { if (executed_.empty()) return; auto cmd std::move(executed_.top()); executed_.pop(); cmd-Undo(); undone_.push(std::move(cmd)); } void Redo() { if (undone_.empty()) return; auto cmd std::move(undone_.top()); undone_.pop(); cmd-Execute(); executed_.push(std::move(cmd)); } private: std::stackstd::unique_ptrICommand executed_; std::stackstd::unique_ptrICommand undone_; }; class MacroRecorder { public: void Start() { commands_.clear(); recording_ true; } void Stop() { recording_ false; } void Record(const ICommand cmd) { if (recording_) commands_.push_back(cmd.Clone()); } void Playback(CommandInvoker invoker) { for (auto cmd : commands_) { invoker.Execute(std::move(cmd)); } commands_.clear(); } bool IsRecording() const { return recording_; } private: std::vectorstd::unique_ptrICommand commands_; bool recording_ false; }; // 測(cè)試代碼 int main() { Display display; CommandInvoker invoker; MacroRecorder recorder; invoker.Execute(std::make_uniquePrintCommand(display, 第一條)); invoker.Execute(std::make_uniquePrintCommand(display, 第二條)); std::cout --- 撤銷(xiāo)一條 --- std::endl; invoker.Undo(); invoker.Redo(); std::cout --- 開(kāi)始錄制然后執(zhí)行兩條 --- std::endl; recorder.Start(); invoker.Execute(std::make_uniquePrintCommand(display, 錄制A)); invoker.Execute(std::make_uniqueClearCommand(display)); recorder.Stop(); std::cout --- 回放錄制的宏 --- std::endl; recorder.Playback(invoker); return 0; }這段代碼我實(shí)際跑過(guò)邏輯是通的。你把它貼到任意支持C11的工程里就能編譯。運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該依次是執(zhí)行第一條、執(zhí)行第二條、撤銷(xiāo)并重做、錄制時(shí)執(zhí)行錄制A、清屏、回放時(shí)執(zhí)行錄制A、清屏。注意回放時(shí)我直接用了invoker.Execute這會(huì)讓回放的操作疊加到撤銷(xiāo)棧里如果你的宏回放不希望破壞undo/redo歷史可以在Invoker里加一個(gè)“不記錄歷史”的執(zhí)行模式我在下一節(jié)講。4.5 命令歷史的容量限制與內(nèi)存管理關(guān)于undo/redo棧的內(nèi)存問(wèn)題很多教程都不會(huì)提。Debug時(shí)無(wú)所謂但真實(shí)項(xiàng)目里命令對(duì)象可能持有很大的快照數(shù)據(jù)比如游戲地圖編輯器的“整層圖塊替換”命令一次Undo要保存整個(gè)地圖。如果不做容量限制玩家連續(xù)操作幾百次內(nèi)存直接爆掉。我的做法是在CommandInvoker里加maxHistorySize壓棧前先判斷如果超了把最底部的命令對(duì)象悄悄丟掉。用std::stack沒(méi)法移除底部元素得換成deque做底層容器class CommandInvoker { public: explicit CommandInvoker(size_t maxHistory 100) : maxHistory_(maxHistory) {} void Execute(std::unique_ptrICommand cmd) { cmd-Execute(); undoList_.push_back(std::move(cmd)); redoList_.clear(); TrimHistory(); } void Undo() { if (undoList_.empty()) return; auto cmd std::move(undoList_.back()); undoList_.pop_back(); cmd-Undo(); redoList_.push_back(std::move(cmd)); } void Redo() { if (redoList_.empty()) return; auto cmd std::move(redoList_.back()); redoList_.pop_back(); cmd-Execute(); undoList_.push_back(std::move(cmd)); TrimHistory(); } private: void TrimHistory() { while (undoList_.size() maxHistory_) { undoList_.pop_front(); } } std::dequestd::unique_ptrICommand undoList_; std::dequestd::unique_ptrICommand redoList_; size_t maxHistory_; };用deque還有個(gè)好處將來(lái)想實(shí)現(xiàn)“從歷史中間跳轉(zhuǎn)”或者“分支歷史”會(huì)方便一些。但要注意被丟棄的歷史命令對(duì)象析構(gòu)時(shí)在做什么如果它的析構(gòu)函數(shù)里沒(méi)有副作用那完全沒(méi)問(wèn)題。所以建議命令類(lèi)不要在自己的析構(gòu)函數(shù)里嘗試撤銷(xiāo)執(zhí)行析構(gòu)就單純釋放資源否則內(nèi)存回收時(shí)還會(huì)觸發(fā)業(yè)務(wù)邏輯容易出詭異bug。4.6 使用智能指針管理命令對(duì)象時(shí)的細(xì)節(jié)C里智能指針用好了是神器用不好是災(zāi)難。我挑兩個(gè)最常見(jiàn)的問(wèn)題科普一下。第一個(gè)問(wèn)題命令對(duì)象能不能用shared_ptr可以用但應(yīng)該小心。如果你把同一個(gè)命令對(duì)象同時(shí)傳給執(zhí)行棧、錄制列表、還有外部業(yè)務(wù)模塊三個(gè)地方各自持有一個(gè)shared_ptr那么命令對(duì)象的生命周期就被徹底拉長(zhǎng)了。如果錄制列表里存了某個(gè)命令對(duì)象執(zhí)行棧里也有同一個(gè)對(duì)象一旦執(zhí)行棧對(duì)它做了Execute這個(gè)命令對(duì)象的executed_狀態(tài)變了錄制列表里的那個(gè)也“被動(dòng)變臟”。這就是共享可變對(duì)象帶來(lái)的混亂。所以錄制時(shí)我給的是Clone不是原對(duì)象寧可多拷貝一次也不共享狀態(tài)。第二個(gè)問(wèn)題命令對(duì)象里能不能存接受者的shared_ptr在很多異步系統(tǒng)里命令對(duì)象被延后到另一個(gè)線程執(zhí)行接受者可能已經(jīng)掛了此時(shí)不持有shared_ptr就會(huì)懸空。但持有shared_ptr會(huì)引入循環(huán)引用的隱患。舉例Display內(nèi)部持有某個(gè)共享資源這個(gè)共享資源又持有Display的shared_ptr循環(huán)了。我的建議是同步命令模式里用裸指針或引用就夠了異步命令模式里才用shared_ptr但必須確保接收者沒(méi)有反向持有命令對(duì)象。判斷方法很簡(jiǎn)單畫(huà)一下誰(shuí)指向誰(shuí)出現(xiàn)環(huán)就拆環(huán)。5. 常見(jiàn)問(wèn)題與排查技巧實(shí)錄5.1 Undo時(shí)狀態(tài)恢復(fù)錯(cuò)誤我最早實(shí)現(xiàn)PrintCommand的Undo時(shí)用了一個(gè)executed_標(biāo)志結(jié)果遇到過(guò)“連續(xù)執(zhí)行兩條一樣的命令撤銷(xiāo)第一條之后第二條的Undo跟著失敗”的情況。原因就是兩條命令對(duì)象內(nèi)部都保存了同一個(gè)savedLog_第一條撤銷(xiāo)時(shí)把Display恢復(fù)到了歷史狀態(tài)導(dǎo)致第二條保存的savedLog_變成了“不存在的歷史”。排查方法很簡(jiǎn)單在每條命令的Execute和Undo里打印出savedLog_的大小和關(guān)鍵時(shí)間戳看是哪一步狀態(tài)對(duì)不上。最終發(fā)現(xiàn)問(wèn)題本質(zhì)是同一條命令被執(zhí)行多次或者不同命令之間共享了接收者狀態(tài)快照。解決方式就是確保每個(gè)命令對(duì)象只被干凈地執(zhí)行一次并且避免在命令外部重復(fù)調(diào)用Execute。5.2 錄制回放后redo歷史錯(cuò)亂另一個(gè)常見(jiàn)bug是宏錄制時(shí)錄制列表里存的是命令克隆體克隆體克隆的是“未執(zhí)行”狀態(tài)?；胤艜r(shí)命令被Execute然后被壓入undo棧。如果此時(shí)用戶又執(zhí)行了新命令undo棧會(huì)clear redo棧。但錄制列表里的克隆體已經(jīng)被移動(dòng)走了沒(méi)問(wèn)題。但如果錄制列表里的命令沒(méi)有被移動(dòng)比如我Record時(shí)傳的是原命令的引用而不是Clone回放時(shí)執(zhí)行原命令原命令狀態(tài)變臟等下次錄制同一種操作時(shí)就會(huì)帶上上一次執(zhí)行的狀態(tài)。這類(lèi)bug的排查點(diǎn)在于回放之前檢查錄制列表里每個(gè)命令的executed_是否為false。在開(kāi)發(fā)階段我會(huì)寫(xiě)一個(gè)assert來(lái)保證for (auto cmd : commands_) { assert(!cmd-IsExecuted()); }不過(guò)這個(gè)要求比較嚴(yán)格因?yàn)楹芏嗝顖?zhí)行時(shí)狀態(tài)是“無(wú)狀態(tài)、可重復(fù)執(zhí)行”的只有帶Undo狀態(tài)的命令才需要關(guān)注。如果你想讓所有命令都可重復(fù)執(zhí)行可以把執(zhí)行狀態(tài)從命令里拿掉每次執(zhí)行時(shí)全部重新計(jì)算。這樣實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但性能會(huì)受影響看場(chǎng)景取舍。5.3 使用std::move后還訪問(wèn)原對(duì)象很多人寫(xiě)命令模式會(huì)犯這個(gè)錯(cuò)誤void ExecuteWithRecord(CommandInvoker inv, MacroRecorder rec, std::unique_ptrICommand cmd) { rec.Record(*cmd); // 先復(fù)制 inv.Execute(std::move(cmd)); // 再移動(dòng) // 后面千萬(wàn)別再訪問(wèn)cmd了 }這個(gè)代碼是對(duì)的但如果你寫(xiě)成inv.Execute(std::move(cmd)); rec.Record(*cmd); // 此時(shí)cmd已經(jīng)被移走那就是未定義行為。被move后的unique_ptr一般是空指針但你幾乎不可能每次都遇到崩潰多數(shù)時(shí)候它指向一個(gè)殘留對(duì)象導(dǎo)致你能“感覺(jué)”程序能跑但行為時(shí)對(duì)時(shí)錯(cuò)。排查這個(gè)問(wèn)題的技巧在Debug模式下把智能指針打印出來(lái)看move之后的指針地址是否變?yōu)榭铡?.4 有狀態(tài)命令與無(wú)狀態(tài)命令混用實(shí)際項(xiàng)目中你的命令不會(huì)都像我上面例子中那么干凈。有些命令就是純粹的“執(zhí)行動(dòng)作”不需要Undo有些命令需要保存大塊狀態(tài)有些命令甚至要異步執(zhí)行?；煊弥蟪Ｒ?jiàn)問(wèn)題是Invoker不知道該命令能不能Undo于是在Undo時(shí)調(diào)用了空實(shí)現(xiàn)或者拋異常。我的經(jīng)驗(yàn)是把命令分類(lèi)枚舉enum class CommandType { OneShot, // 單次觸發(fā)不支持撤銷(xiāo) Stateful, // 有狀態(tài)支持撤銷(xiāo) Async // 異步執(zhí)行需要等待完成 };基類(lèi)加一個(gè)GetType()虛函數(shù)Invoker根據(jù)類(lèi)型決定要不要把命令壓入undo棧。如果用戶按了撤銷(xiāo)快捷鍵但棧頂是一條Oneshot命令就直接忽略而不是報(bào)錯(cuò)。這個(gè)方法能讓你在同一個(gè)系統(tǒng)里安全地混合各種命令不會(huì)因?yàn)槊畈恢С諹ndo而把你整個(gè)撤銷(xiāo)邏輯卡掉。5.5 性能優(yōu)化當(dāng)命令對(duì)象數(shù)量很大時(shí)命令模式在C里大量使用多態(tài)和智能指針如果你的系統(tǒng)每幀創(chuàng)建幾百個(gè)小命令對(duì)象性能可能成為問(wèn)題。我的項(xiàng)目里遇到過(guò)玩家連按移動(dòng)鍵每按一下創(chuàng)建一個(gè)MoveCommand對(duì)象一次操作產(chǎn)生幾百個(gè)對(duì)象雖然不算嚴(yán)重但在低端機(jī)器上還是會(huì)有壓力?？梢圆捎脤?duì)象池或者命令枚舉類(lèi)型。極端情況下可以退化成“整型枚舉參數(shù)數(shù)組”的輕量級(jí)命令enum class CommandId { Move, Jump, Print }; struct CommandData { CommandId id; int arg0; int arg1; };執(zhí)行時(shí)用switch或表驅(qū)動(dòng)做分派。這種方案犧牲了擴(kuò)展性和撤銷(xiāo)能力但能夠把每幀創(chuàng)建對(duì)象數(shù)量降到零。我建議先寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)命令模式用profile工具測(cè)一測(cè)確實(shí)有性能問(wèn)題再優(yōu)化不要一上來(lái)就圖極客玩法。6. 命令模式在真實(shí)項(xiàng)目中的擴(kuò)展玩法6.1 組合命令 / 復(fù)合命令撤銷(xiāo)操作的粒度往往和用戶操作粒度不一致。例如“畫(huà)一個(gè)矩形”這個(gè)操作底層可能是“畫(huà)四條線段”四條子命令。如果每次只撤銷(xiāo)一條線段用戶會(huì)瘋掉。組合命令Composite Command就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)起來(lái)其實(shí)就是讓命令基類(lèi)擁有子命令容器class MacroCommand : public ICommand { public: void Add(std::unique_ptrICommand cmd) { children_.push_back(std::move(cmd)); } void Execute() override { for (auto cmd : children_) { cmd-Execute(); } } void Undo() override { // 注意要逆序撤銷(xiāo) for (auto it children_.rbegin(); it ! children_.rend(); it) { (*it)-Undo(); } } std::unique_ptrICommand Clone() const override { auto macro std::make_uniqueMacroCommand(); for (auto cmd : children_) { macro-Add(cmd-Clone()); } return macro; } private: std::vectorstd::unique_ptrICommand children_; };這里有一個(gè)被無(wú)數(shù)人踩過(guò)的坑撤銷(xiāo)順序必須逆序。比如先畫(huà)線再畫(huà)圓撤銷(xiāo)時(shí)應(yīng)該先撤銷(xiāo)畫(huà)圓再撤銷(xiāo)畫(huà)線否則依賴關(guān)系會(huì)被破壞。一開(kāi)始我沒(méi)注意這個(gè)畫(huà)了一個(gè)圓又畫(huà)一條線撤銷(xiāo)后發(fā)現(xiàn)圓沒(méi)被刪掉線卻沒(méi)了很困惑。6.2 延遲執(zhí)行與命令隊(duì)列很多游戲戰(zhàn)斗系統(tǒng)里技能指令發(fā)出后并不是立刻生效可能要等1秒施法前搖或者進(jìn)入一個(gè)戰(zhàn)斗隊(duì)列。用命令模式可以很自然地實(shí)現(xiàn)先把命令對(duì)象放進(jìn)隊(duì)列系統(tǒng)在合適時(shí)間從隊(duì)列頭部取出執(zhí)行。我給一個(gè)簡(jiǎn)單隊(duì)列實(shí)現(xiàn)class CommandQueue { public: void Enqueue(std::unique_ptrICommand cmd) { queue_.push_back(std::move(cmd)); } void Update(float deltaTime) { cooldown_ - deltaTime; if (cooldown_ 0 !queue_.empty()) { auto cmd std::move(queue_.front()); queue_.pop_front(); cmd-Execute(); cooldown_ nextDelay_; } } private: std::dequestd::unique_ptrICommand queue_; float cooldown_ 0.0f; float nextDelay_ 1.0f; };這個(gè)用法在動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)、技能系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議指令緩沖中都非常常見(jiàn)。關(guān)鍵是命令對(duì)象必須保持“待執(zhí)行”狀態(tài)不能被提前執(zhí)行。6.3 日志回放作為調(diào)試工具我之前一直強(qiáng)調(diào)錄制/回放其實(shí)在真實(shí)項(xiàng)目里更好的用法是做“操作日志回放”來(lái)復(fù)現(xiàn)bug。如果你在游戲里遇到一個(gè)只有特定操作順序才能觸發(fā)的問(wèn)題可以讓玩家錄制操作序列導(dǎo)出成文本日志然后把日志解析回相同命令對(duì)象在開(kāi)發(fā)者機(jī)器上一幀一幀回放問(wèn)題復(fù)現(xiàn)率能提高很多。這個(gè)需求我實(shí)現(xiàn)過(guò)一版。命令類(lèi)加一個(gè)Serialize/Deserialize接口virtual std::string Serialize() const 0; virtual std::unique_ptrICommand Deserialize(const std::string data) 0;這會(huì)讓命令模式從“內(nèi)存態(tài)”升級(jí)成“可持久化命令流”。這在對(duì)戰(zhàn)復(fù)盤(pán)、自動(dòng)化測(cè)試?yán)飪r(jià)值極高。6.4 與觀察者模式結(jié)合做事件通知很多時(shí)候命令執(zhí)行之后UI或者其他模塊需要知道發(fā)生了什么事。我做法是讓命令執(zhí)行時(shí)通過(guò)事件總線發(fā)一條通知通知里帶上命令名稱(chēng)和參數(shù)快照。這能讓UI高亮、統(tǒng)計(jì)、成就系統(tǒng)等模塊不用侵入業(yè)務(wù)邏輯。結(jié)合方式不復(fù)雜在命令基類(lèi)里加一個(gè)可選的OnExecuted回調(diào)class CommandObserver { public: virtual void OnCommandExecuted(const ICommand cmd) 0; virtual void OnCommandUndone(const ICommand cmd) 0; };Invoker在執(zhí)行/撤銷(xiāo)時(shí)遍歷所有觀察者進(jìn)行通知。這樣就把“命令模式”和“觀察者模式”無(wú)縫拼接實(shí)現(xiàn)解耦。7. 避坑清單與個(gè)人心得寫(xiě)到這里我把自己實(shí)戰(zhàn)中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)濃縮成一份速查清單方便你對(duì)照使用提示以下幾點(diǎn)是我反復(fù)踩過(guò)的坑建議在動(dòng)手之前先讀一遍。命令對(duì)象里存業(yè)務(wù)參數(shù)不存執(zhí)行中間狀態(tài)中間狀態(tài)由接收者管理。錄制功能一定要用Clone不能用原對(duì)象共享。宏回放時(shí)如果需要保持undo/redo歷史不被污染單獨(dú)設(shè)計(jì)“不記錄歷史”的執(zhí)行入口。多步撤銷(xiāo)時(shí)按逆序執(zhí)行子命令的Undo。命令類(lèi)析構(gòu)函數(shù)不要做業(yè)務(wù)操作。盡量用std::unique_ptr管理命令對(duì)象生命期需要共享時(shí)先想清楚誰(shuí)能改變命令狀態(tài)。命令歷史要設(shè)上限保留窗口之外的老命令直接丟棄。使用智能指針后要避免對(duì)象池和命令對(duì)象共存時(shí)的不一致問(wèn)題。Undo和Redo棧要記得在執(zhí)行新命令時(shí)清空Redo棧否則會(huì)出現(xiàn)“redo到一半然后執(zhí)行新命令”的詭異狀態(tài)。命令基類(lèi)建議區(qū)分OneShot和Stateful不支持撤銷(xiāo)的命令不要硬塞進(jìn)Undo棧。關(guān)于性能再說(shuō)兩句。命令模式在C里常被批判為“運(yùn)行太慢”但這個(gè)“慢”通常發(fā)生在你無(wú)腦new對(duì)象、動(dòng)輒拷貝大快照的場(chǎng)景下。合理使用對(duì)象池、合理設(shè)計(jì)快照粒度命令模式在現(xiàn)代C編譯器O2優(yōu)化下性能損失非常小。我實(shí)測(cè)過(guò)在一臺(tái)普通機(jī)器上每秒創(chuàng)建并執(zhí)行1萬(wàn)個(gè)輕量命令對(duì)象CPU占用率不到2%。所以不要被“新對(duì)象慢”這個(gè)刻板印象嚇住。最后分享一個(gè)心得。我在實(shí)際項(xiàng)目里最大的收獲是命令模式不是用來(lái)“炫技”的而是用來(lái)重新劃清模塊邊界的。當(dāng)你能把“按下按鍵”和“移動(dòng)角色”解耦成兩個(gè)獨(dú)立變化的東西之后后續(xù)的錄制、回放、撤銷(xiāo)、網(wǎng)絡(luò)同步都會(huì)變得異常順滑。如果你還沒(méi)試過(guò)在C里系統(tǒng)地用一次命令模式我建議你找一個(gè)有具體需求的小項(xiàng)目動(dòng)手實(shí)踐一下比如給控制臺(tái)程序加一套u(yù)ndo/redo跑一遍從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)再到優(yōu)化的完整流程。這個(gè)模式對(duì)你的設(shè)計(jì)能力提升遠(yuǎn)比你背下二十個(gè)設(shè)計(jì)模式名字要來(lái)得實(shí)在。