C语言-命令模式详解与实践

1. 什么是命令模式？

命令模式是一种行为型设计模式，它将请求封装成对象，使发出请求的对象和执行请求的对象解耦。这种模式支持可撤销的操作，并能实现请求的排队和日志记录。

2. 为什么需要命令模式？

• 将请求发送者和接收者解耦
• 支持命令的排队执行
• 支持可撤销操作
• 方便添加新的命令
• 实现请求的日志记录

3. 实际应用场景

• 嵌入式系统命令处理
• 串口通信协议解析
• 设备控制命令管理
• 多级菜单系统
• 工业控制系统

代码实现

4.1 UML 关系图

4.2 头文件 (command.h)

#ifndef COMMAND_H
#define COMMAND_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 命令结构体
typedef struct {
    uint8_t* data;
    uint16_t length;
} command_t;

// 命令处理函数指针
typedef bool (*command_handler_t)(command_t* cmd);

// 命令包条目
typedef struct {
    uint8_t cmd;                  // 命令ID
    command_handler_t handler;    // 处理函数
    const char* description;      // 命令描述
} command_package_entry_t;

// 命令解析函数
bool command_parse(command_t* cmd, uint8_t cmd_type);

#endif // COMMAND_H

4.3 实现文件 (command.c)

#include "command.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

// LED控制命令处理
static bool handle_led_control(command_t* cmd) {
    if (cmd->length < 2) return false;
    
    uint8_t led_id = cmd->data[0];
    uint8_t led_state = cmd->data[1];
    
    printf("LED[%d] 设置为: %s\n", led_id, led_state ? "开" : "关");
    return true;
}

// 电机控制命令处理
static bool handle_motor_control(command_t* cmd) {
    if (cmd->length < 3) return false;
    
    uint8_t motor_id = cmd->data[0];
    uint8_t direction = cmd->data[1];
    uint8_t speed = cmd->data[2];
    
    printf("电机[%d] 方向: %d, 速度: %d\n", motor_id, direction, speed);
    return true;
}

// 传感器数据读取命令处理
static bool handle_sensor_read(command_t* cmd) {
    if (cmd->length < 1) return false;
    
    uint8_t sensor_id = cmd->data[0];
    printf("读取传感器[%d]数据\n", sensor_id);
    return true;
}

// 命令包表
static const command_package_entry_t package_items[] = {
    {0x01, handle_led_control,    "LED控制命令"},
    {0x02, handle_motor_control,  "电机控制命令"},
    {0x03, handle_sensor_read,    "传感器读取命令"},
    {0xFF, NULL,                  NULL}  // 结束标记
};

bool command_parse(command_t* cmd, uint8_t cmd_type) {
    if (!cmd || !cmd->data) return false;

    for(uint8_t i = 0; package_items[i].handler != NULL; i++) {
        if(cmd_type == package_items[i].cmd) {
            printf("执行命令: %s\n", package_items[i].description);
            return package_items[i].handler(cmd);
        }
    }
    
    printf("未知命令类型: 0x%02X\n", cmd_type);
    return false;
}

4.4 使用示例 (main.c)

#include "command.h"
#include <stdio.h>

int main() {
    // LED控制命令测试
    uint8_t led_data[] = {0x01, 0x01};  // LED1 打开
    command_t led_cmd = {
        .data = led_data,
        .length = sizeof(led_data)
    };
    command_parse(&led_cmd, 0x01);

    // 电机控制命令测试
    uint8_t motor_data[] = {0x02, 0x01, 0x64};  // 电机2，正转，速度100
    command_t motor_cmd = {
        .data = motor_data,
        .length = sizeof(motor_data)
    };
    command_parse(&motor_cmd, 0x02);

    return 0;
}

5. 代码分析

5.1 关键设计点

1. 命令接口统一
2. 命令处理函数表
3. 命令参数封装
4. 错误处理机制

5.2 实现特点

1. 使用函数指针实现命令处理
2. 静态命令表管理
3. 命令参数检查
4. 支持命令描述

6. 编译和运行

gcc -c command.c -o command.o
gcc -c main.c -o main.o
gcc command.o main.o -o program

7. 注意事项

1. 命令参数长度检查
2. 命令类型有效性验证
3. 内存管理安全
4. 错误处理完整性

8. 改进建议

1. 添加命令队列机制
2. 实现命令日志记录
3. 添加命令超时处理
4. 支持命令响应机制

9. 总结

命令模式通过将请求封装成对象，实现了请求发送者和接收者的解耦。这种模式特别适合需要处理多种命令的系统，具有良好的扩展性和维护性。

参考资料

1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》
2. 《C语言程序设计》
3. 《嵌入式系统设计》