コマンドパターン

オブジェクト指向プログラミングにおいて、コマンド パターンは、オブジェクトを使用して、アクションを実行したり、後でイベントをトリガーしたりするために必要なすべての情報をカプセル化する動作 設計パターンです。この情報には、メソッド名、メソッドを所有するオブジェクト、およびメソッド パラメータの値が含まれます。

コマンド パターンに常に関連付けられている 4 つの用語は、コマンド、レシーバー、インボーカ、およびクライアントです。コマンドオブジェクトはレシーバーを認識しており、レシーバーのメソッドを呼び出します。レシーバー メソッドのパラメーターの値は、コマンドに格納されます。これらのメソッドを実行するレシーバー オブジェクトも、集約によってコマンド オブジェクトに格納されます。レシーバーは、コマンドexecute()内のメソッドが呼び出されたときに作業を行います。インボーカオブジェクトはコマンドの実行方法を認識しており、オプションでコマンド実行に関する記録を行います。インボーカは具体的なコマンドについては何も認識せず、コマンドインターフェイスのみを認識します。インボーカ オブジェクト、コマンド オブジェクト、およびレシーバー オブジェクトは、クライアントオブジェクトによって保持されます。クライアントは、コマンド オブジェクトに割り当てるレシーバー オブジェクトと、インボーカに割り当てるコマンドを決定します。クライアントは、どの時点でどのコマンドを実行するかを決定します。コマンドを実行するには、コマンド オブジェクトをインボーカ オブジェクトに渡します。

コマンド オブジェクトを使用すると、メソッドのクラスやメソッド パラメータを知らなくても、任意のタイミングでメソッド呼び出しを委任、順序付け、または実行する必要がある一般的なコンポーネントを簡単に構築できます。呼び出し元オブジェクトを使用すると、コマンド実行に関するブックキーピングを簡単に実行できるほか、呼び出し元オブジェクトによって管理されるコマンドのさまざまなモードを実装できるため、クライアントがブックキーピングやモードの存在を意識する必要がありません。

この設計パターンの中心的な考え方は、関数型プログラミング言語におけるファーストクラス関数と高階関数のセマンティクスを忠実に反映しています。具体的には、呼び出し元オブジェクトは高階関数であり、そのコマンド オブジェクトはファーストクラス引数です。

コマンド^[1]設計パターン は、柔軟で再利用可能なオブジェクト指向ソフトウェア、つまり実装、変更、テスト、再利用が容易なオブジェクトを設計するために、繰り返し発生する設計上の問題を解決する方法を記述した、よく知られている23のGoF設計パターンの1つです。

コマンド設計パターンを使用すると、これらの問題を解決できます。^[2]

• リクエストの呼び出し元を特定のリクエストに結び付けることは避けてください。つまり、ハードワイヤードなリクエストは避けてください。
• リクエストを使用して、リクエストを呼び出すオブジェクトを構成できる必要があります。

リクエストをクラスに直接実装 (ハードワイヤリング) すると、コンパイル時にクラスが特定のリクエストに結合され、実行時にリクエストを指定できなくなるため、柔軟性がなくなります。

コマンド設計パターンを使用すると、次のソリューションが説明されます。

• リクエストをカプセル化する個別の (コマンド) オブジェクトを定義します。
• クラスは、特定の要求を直接実装するのではなく、要求をコマンド オブジェクトに委任します。

これにより、リクエストを実行するために使用されるコマンド オブジェクトを使用してクラスを構成できます。クラスは特定のリクエストに結合されなくなり、リクエストがどのように実行されるかについての知識がなくなります (独立しています)。

下記の UML クラス図とシーケンス図も参照してください。

上記のUML クラス図では、Invokerクラスはリクエストを直接実装していません。代わりに、クラスはリクエストを実行するためのインターフェース ( )Invokerを参照します。これにより、クラスはリクエストの実行方法に依存しなくなります。クラスは、レシーバー ( ) でアクションを実行することによってインターフェースを実装します。Commandcommand.execute()InvokerCommand1Commandreceiver1.action1()

UMLシーケンス図は、実行 時の相互作用を示します。オブジェクトはオブジェクトを呼び出します。 オブジェクトを呼び出し、オブジェクトが要求を実行します。 Invokerexecute()Command1Command1action1()Receiver1

GUIボタンとメニュー項目

SwingおよびBorland Delphiプログラミングでは、はActionコマンド オブジェクトです。目的のコマンドを実行する機能に加えて、アクションには、関連付けられたアイコン、キーボード ショートカット、ツールヒント テキストなどが含まれる場合があります。ツールバー ボタンまたはメニュー項目コンポーネントは、アクションオブジェクトのみを使用して完全に初期化できます。

マクロ記録

すべてのユーザー アクションがコマンド オブジェクトによって表される場合、プログラムは、実行されるコマンド オブジェクトのリストを保持するだけで、アクションのシーケンスを記録できます。その後、同じコマンド オブジェクトをもう一度順番に実行することで、同じアクションを「再生」できます。プログラムにスクリプト エンジンが埋め込まれている場合は、各コマンド オブジェクトでtoScript()メソッドを実装でき、ユーザー アクションをスクリプトとして簡単に記録できます。

モバイルコード

URLClassloaders およびコードベースを介してコードをある場所から別の場所にストリーミング/スラーピングできる Java などの言語を使用すると、コマンドによって新しい動作をリモートの場所に配信できるようになります (EJB コマンド、マスター ワーカー)。

複数レベルの元に戻す

プログラム内のすべてのユーザー アクションがコマンド オブジェクトとして実装されている場合、プログラムは最近実行されたコマンドのスタックを保持できます。ユーザーがコマンドを元に戻す場合、プログラムは最新のコマンド オブジェクトをポップし、そのundo()メソッドを実行します。

ネットワーキング

コンピュータ ゲームにおけるプレイヤーのアクションなど、コマンド オブジェクト全体をネットワーク経由で送信し、他のマシンで実行することが可能になります。

並列処理

コマンドが共有リソースへのタスクとして書き込まれ、多数のスレッドによって並列に実行される場合（リモートマシン上で実行される可能性あり。このバリエーションはマスター/ワーカーパターンと呼ばれることが多い）

進捗バー

プログラムに、順番に実行される一連のコマンドがあるとします。各コマンド オブジェクトにgetEstimatedDuration()メソッドがあれば、プログラムは合計所要時間を簡単に見積もることができます。プログラムがすべてのタスクの完了にどれだけ近づいているかをわかりやすく示す進行状況バーを表示できます。

スレッドプール

一般的な汎用スレッド プール クラスには、実行待ちのタスクの内部キューに作業項目を追加するパブリックaddTask()メソッドがあります。このメソッドは、キューからのコマンドを実行するスレッドのプールを維持します。キュー内の項目はコマンド オブジェクトです。通常、これらのオブジェクトは、java.lang.Runnableなどの共通インターフェイスを実装します。これにより、スレッド プール クラス自体は、それが使用される特定のタスクについての知識なしに記述されていても、スレッド プールがコマンドを実行できるようになります。

取引行動

undo と同様に、データベース エンジンまたはソフトウェア インストーラーは、実行された操作またはこれから実行される操作のリストを保持できます。 いずれかの操作が失敗した場合、他の操作はすべて元に戻すか破棄できます (通常はロールバックと呼ばれます)。 たとえば、相互に参照する 2 つのデータベース テーブルを更新する必要があり、2 番目の更新が失敗した場合、トランザクションをロールバックして、最初のテーブルに無効な参照が含まれないようにすることができます。

ウィザード

多くの場合、ウィザードは、ユーザーが最後のページで「完了」ボタンをクリックしたときにのみ実行される単一のアクションに対して、複数の構成ページを表示します。このような場合、ユーザー インターフェイス コードをアプリケーション コードから分離する自然な方法は、コマンド オブジェクトを使用してウィザードを実装することです。コマンド オブジェクトは、ウィザードが最初に表示されたときに作成されます。各ウィザード ページは、GUI の変更をコマンド オブジェクトに保存するため、ユーザーが進むにつれてオブジェクトにデータが入力されます。「完了」は、単にexecute()の呼び出しをトリガーします。このようにして、コマンド クラスが機能します。

コマンド パターンの実装を説明するために使用される用語は一貫していないため、混乱を招く可能性があります。これは、あいまいさ、同義語の使用、および元のパターンをはるかに超えて元のパターンを不明瞭にする可能性のある実装 の結果です。

1. 曖昧さ。
   1. コマンドという用語はあいまいです。たとえば、move up、move up は、2 回実行する必要がある単一のコマンド (move up) を参照する場合もあれば、それぞれが同じこと (move up) を実行する 2 つのコマンドを参照する場合もあります。前者のコマンドが undo スタックに 2 回追加されると、スタック上の両方の項目が同じコマンド インスタンスを参照します。これは、コマンドを常に同じ方法で元に戻すことができる場合 (例: move down) に適切である可能性があります。Gang of Fourと以下の Java の例はどちらも、コマンドという用語のこの解釈を使用しています。一方、後者のコマンドが undo スタックに追加されると、スタックは 2 つの別々のオブジェクトを参照します。これは、スタック上の各オブジェクトにコマンドを元に戻すための情報が含まれている必要がある場合に適切である可能性があります。たとえば、選択削除コマンドを元に戻すには、選択削除コマンドを元に戻す必要がある場合に、オブジェクトに削除されたテキストのコピーが含まれていて、それを再挿入できる場合があります。コマンドの呼び出しごとに別のオブジェクトを使用することも、責任の連鎖パターンの例であることに注意してください。
   2. 実行という用語も曖昧です。これは、コマンド オブジェクトの実行メソッドによって識別されるコードの実行を指す場合があります。ただし、Microsoft のWindows Presentation Foundationでは、コマンドの実行メソッドが呼び出されたときにコマンドが実行されたと見なされますが、これは必ずしもアプリケーション コードが実行されたことを意味するわけではありません。これは、さらに何らかのイベント処理が行われた後にのみ発生します。
2. 同義語と同音異義語。
   1. クライアント、ソース、呼び出し元: クリックされたボタン、ツールバー ボタン、またはメニュー項目、ユーザーが押したショートカット キー。
   2. コマンド オブジェクト、ルーティング コマンド オブジェクト、アクション オブジェクト: コマンドに関連するショートカット キー、ボタン イメージ、コマンド テキストなどを認識するシングルトン オブジェクト (つまり、CopyCommandオブジェクトは 1 つだけ)。ソース オブジェクトまたは呼び出し元オブジェクトは、コマンド オブジェクトまたはアクション オブジェクトの execute メソッドまたは performAction メソッドを呼び出します。コマンド/アクション オブジェクトは、コマンド/アクションの可用性が変更されたときに、適切なソース/呼び出し元オブジェクトに通知します。これにより、コマンド/アクションを実行できない場合に、ボタンとメニュー項目を非アクティブ (グレー表示) にすることができます。
   3. レシーバー、ターゲット オブジェクト: コピー、貼り付け、移動などの対象となるオブジェクト。レシーバー オブジェクトは、コマンドの実行メソッドによって呼び出されるメソッドを所有します。レシーバーは通常、ターゲット オブジェクトでもあります。たとえば、レシーバー オブジェクトがカーソルで、メソッドが呼び出される場合moveUp、カーソルがアクションのターゲットであると予想されますmoveUp。一方、コードがコマンド オブジェクト自体によって定義されている場合、ターゲット オブジェクトはまったく別のオブジェクトになります。
   4. コマンド オブジェクト、ルーティングされたイベント引数、イベント オブジェクト: ソースからコマンド/アクション オブジェクト、ターゲット オブジェクト、そして作業を行うコードに渡されるオブジェクト。ボタンのクリックやショートカット キーのそれぞれにより、新しいコマンド/イベント オブジェクトが生成されます。実装によっては、コマンド/イベント オブジェクトが 1 つのオブジェクト (例CopyCommand) から別のオブジェクト (例 ドキュメント セクション) に渡されるときに、コマンド/イベント オブジェクトにさらに情報が追加されます。他の実装では、コマンド/イベント オブジェクトが行に沿って移動するときに、名前の競合を避けるために、それらを他のイベント オブジェクト内 (大きなボックス内のボックスのように) に配置します。(責任の連鎖パターンも参照してください。)
   5. ハンドラ、ExecutedRoutedEventHandlerメソッド、関数: コピー、貼り付け、移動などを実行する実際のコード。実装によっては、ハンドラ コードはコマンド/アクション オブジェクトの一部です。他の実装では、コードはレシーバ/ターゲット オブジェクトの一部であり、さらに他の実装では、ハンドラ コードは他のオブジェクトとは別に保持されます。
   6. コマンド マネージャー、元に戻すマネージャー、スケジューラー、キュー、ディスパッチャー、呼び出し元: コマンド/イベント オブジェクトを元に戻すスタックまたはやり直しスタックに配置するオブジェクト、または他のオブジェクトがそれらに対して操作する準備ができるまでコマンド/イベント オブジェクトを保持するオブジェクト、またはコマンド/イベント オブジェクトを適切なレシーバー/ターゲット オブジェクトまたはハンドラー コードにルーティングするオブジェクト。
3. 元のコマンド パターンをはるかに超えた実装。
   1. Microsoft の Windows Presentation Foundation (WPF) では、コマンド パターンとイベント処理を組み合わせたルーティング コマンドが導入されています。その結果、コマンド オブジェクトには、ターゲット オブジェクトへの参照もアプリケーション コードへの参照も含まれなくなりました。代わりに、コマンド オブジェクトの実行コマンドを呼び出すと、いわゆる実行ルーティング イベントが生成され、イベントのトンネリングまたはバブリング中に、ターゲットと、その時点で実行されるアプリケーション コードを識別するいわゆるバインディングオブジェクトに遭遇することがあります。

この C++14 実装は、この本に記載されている C++98 以前の実装に基づいています。

#include <iostream> #include <メモリ> 
 

class Command { public : // 操作を実行するためのインターフェースを宣言します。virtual void execute () = 0 ; virtual ~ Command () = default ; protected : Command () = default ; };  

  
      
     

    


template < typename Receiver > class SimpleCommand : public Command { // ConcreteCommand public : typedef void ( Receiver ::* Action )(); // Receiver オブジェクトとアクション間のバインディングを定義します。SimpleCommand ( std :: shared_ptr < Receiver > receiver_ 、Action action_ ) : received ( received_ . get ()), action ( action_ ) { } SimpleCommand ( const SimpleCommand & ) = delete ; // 3 つのルールconst SimpleCommand & operator = ( const SimpleCommand & ) = delete ; // Receiver で対応する操作を呼び出すことによって execute を実装します。virtual void execute () { ( received ->* action )(); } private : Receiver * received ; Action action ; };  
      

     
  
      
       
      
       
  
     
    
  

   
   


class MyClass { // レシーバーpublic : // リクエストの実行に関連する操作を実行する方法を知っています。どのクラスもレシーバーとして機能できます。void action () { std :: cout << "MyClass::action \n " ; } };   

  
    
      
  


int main () { // スマート ポインターはメモリ リークを防ぎます。std :: shared_ptr < MyClass > received = std :: make_shared < MyClass > (); // ... std :: unique_ptr < Command > command = std :: make_unique < SimpleCommand < MyClass > ( received , & MyClass :: action ); // ... command -> execute () ; }  
  
     
  
       
  
  

プログラムの出力は

MyClass ::アクション

• バッチキュー
• 閉鎖
• コマンドキュー
• 関数オブジェクト
• ジョブスケジューラ
• モデル・ビュー・コントローラ
• 優先キュー
• ソフトウェア設計パターン
• デザインパターン（書籍）

Commandクラスを使用して対話型システムを実装するという最初の公開された言及は、1985年のHenry Liebermanによる記事のようです。^[4]実行メソッドと元に戻すメソッド、および履歴リストを備えたCommandクラスを使用した（複数レベルの）元に戻す/やり直しメカニズムの最初の公開された説明は、 Bertrand Meyerの書籍「オブジェクト指向ソフトウェア構築」の初版（1988年）のセクション12.2のようです。 ^[5]

ウィキメディア・コモンズには、コマンドパターンに関連するメディアがあります。

ウィキブックのコンピュータサイエンスデザインパターンには、さまざまな言語でのコマンド実装に関するページがあります。

• コマンドパターン
• Java ヒント 68: Java でコマンド パターンを実装する方法を学ぶ