Kommando (Entwurfsmuster)

In der objektorientierten Programmierung ist Kommando (auch Befehl; englisch command) ein Entwurfsmuster, das zur Kategorie der Verhaltensmuster (englisch behavioral design patterns) gehört. In diesem Entwurfsmuster kapselt das Kommando-Objekt einen Befehl, um es so zu ermöglichen, Operationen in eine Warteschlange zu stellen, Logbucheinträge zu führen und Operationen rückgängig zu machen.^[1] Es ist eines der GoF-Muster.

Verwendung

Wenn z. B. eine Schaltfläche in einer grafischen Benutzeroberfläche mit einer Aktion verknüpft werden soll, dient das Kommando dazu, die auszuführende Aktion zu parametrisieren. Es stellt somit die objektorientierte Entsprechung zu den Rückruffunktionen (callback function) dar. Dabei können das Erstellen des Kommandos und die tatsächliche Ausführung zu verschiedenen Zeiten oder in einem anderen Kontext (Thread, Prozess, Rechner) stattfinden.

Implementierung eines Rückgängig-Mechanismus (undo): Bei jeder Ausführung werden die zur Umkehrung nötigen Daten im Objekt gespeichert und das Objekt selber auf einem Stapel gesichert. Um das Gegenteil Wiederherstellen (redo) zu implementieren, genügt ein zweiter Stapel für die rückgängig gemachten Befehle.

Akteure

Der Befehl ist die Basisklasse aller Kommandos. Ein konkreter Befehl speichert den zum Ausführen nötigen Zustand, darunter typischerweise auch einen Verweis auf den Empfänger und implementiert die Befehlsschnittstelle.

Der Klient erzeugt einen konkreten Befehl und versieht ihn mit einem Verweis auf den Empfänger und allen anderen nötigen Informationen. Er gibt dem Aufrufer eine Referenz auf den konkreten Befehl.

Der Aufrufer besitzt einen oder mehrere Verweise auf Befehle und fordert diese bei Bedarf auf, ihre Aktion auszuführen. An den Empfänger werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Er muss nichts über die anderen Akteure wissen. Somit kann jede Klasse als Empfänger dienen. Der konkrete Befehl ruft Methoden des Empfängerobjektes auf, um seine Aktion auszuführen.

Vor- & Nachteile

Auslösender und Ausführender sind entkoppelt. Befehlsobjekte können wie andere Objekte auch manipuliert werden (Verändern, Filtern, Zwischenspeichern, …). Befehlsobjekte können zu komplexen Befehlen kombiniert werden (Makros, realisiert als Kompositum).

Da für jedes Kommando eine neue Klasse benötigt wird, kann deren Anzahl schnell groß und die Implementierung damit unübersichtlich werden.

Beispiel in C++

Diese C++14 Implementierung basiert auf der vor C++98 Implementierung im Buch Entwurfsmuster.^[2]

#include <iostream>
#include <memory>

class Befehl {
public:
  // deklariert eine Schnittstelle zum Ausführen einer Operation.
  virtual void fuehreAus() = 0;
  virtual ~Befehl() = default;
protected:
  Befehl() = default;
};

template <typename Empfaenger>
class EinfacherBefehl : public Befehl { // KonkreterBefehl
public:
  typedef void (Empfaenger::* Operation)();
  // definiert die Anbindung eines Empfängers an eine Aktion.
  EinfacherBefehl(std::shared_ptr<Empfaenger> empfaenger_, Operation operation_) :
    empfaenger(empfaenger_.get()), operation(operation_) { }
  EinfacherBefehl(const EinfacherBefehl&) = delete; // Dreierregel
  const EinfacherBefehl& operator=(const EinfacherBefehl&) = delete;
  // implementiert fuehreAus durch Aufrufen der entsprechenden Operation(en) beim Empfänger.
  virtual void fuehreAus() {
    (empfaenger->*operation)();
  }
private:
  Empfaenger* empfaenger;
  Operation operation;
};

class MeineKlasse { // Empfänger
public:
  // weiss, wie die an die Ausführung einer Anfrage gebundenen Operationen auszuführen sind. Jede Klasse kann ein Empfänger sein.
  void aktion() {
    std::cout << "MeineKlasse::aktion\n";
  }
};

int main() {
  // Die Smart pointers verhindern Memory Leaks.
  std::shared_ptr<MeineKlasse> empfaenger = std::make_shared<MeineKlasse>();
  // ...
  std::unique_ptr<Befehl> einBefehl = std::make_unique<EinfacherBefehl<MeineKlasse> >(empfaenger, &MeineKlasse::aktion);
  // ...
  einBefehl->fuehreAus();
}

Die Programmausgabe ist:

MeineKlasse::aktion

Beispiel in Java

public abstract class Befehl {
    public abstract void fuehreAus();
}


//KonkreterBefehl
public class LichtSchalter extends Befehl {

    private Licht licht;
    private boolean lichtIstAn;

    public LichtSchalter(Licht licht) {
        this.licht = licht;
    }

    @Override
    public void fuehreAus() {
        if (lichtIstAn) {
            licht.lichtAus();
            lichtIstAn = false;
        }
        else {
            licht.lichtAn();
            lichtIstAn = true;
        }
    }

}


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//Aufrufer
public class Fernbedienung {
    private List<Befehl> history;

    public Fernbedienung() {
        history = new ArrayList<>();
    }

    public void knopfDruecken(Befehl befehl) {
        history.add(befehl);
        befehl.fuehreAus();
    }

}


//Empfänger
public class Licht {

    public Licht() {
    }

    public void lichtAn() {
        System.out.println("Licht ist an.");
    }

    public void lichtAus() {
        System.out.println("Licht ist aus.");
    }
}


//Klient
public class Bewohner {
    private static Licht licht = new Licht();
    private static LichtSchalter lichtSchalter = new LichtSchalter(licht);

    public static void main(String[] args) {
        Fernbedienung fernbedienung = new Fernbedienung();
        fernbedienung.knopfDruecken(lichtSchalter);
    }
}

Beispiel in PHP

abstract class Kommando {
    abstract function ausfuehren();
}

class Aufrufer {
    private $history = array();

    public function speichernUndAusfuehren(Kommando $cmd) {
        $this->history[] = $cmd; // optional
        $cmd->ausfuehren();
    }
}

// Empfänger
class Licht {
    public function licht_an() {
        write_line('Licht ist an.');
    }
    public function licht_aus() {
        write_line('Licht ist aus.');
    }
}

// konkretes Kommando #1: Licht an
class Kommando_An extends Kommando {
    private $dasLicht;
    public function __construct(Licht $licht) {
        $this->dasLicht = $licht;
    }
    public function ausfuehren() {
        $this->dasLicht->licht_an();
    }
}

// konkretes Kommando #2: Licht aus
class Kommando_Aus extends Kommando {
    private $dasLicht;
    public function __construct(Licht $licht) {
        $this->dasLicht = $licht;
    }
    public function ausfuehren() {
        $this->dasLicht->licht_aus();
    }
}

// Der Klient
function Test($kommando_string) {
    $lamp     = new Licht();
    $kmd_an   = new Kommando_An ($lamp);
    $kmd_aus  = new Kommando_Aus($lamp);

    $aufrufer = new Aufrufer();

    switch ($kommando_string) {
        case 'ON':
            $aufrufer->speichernUndAusfuehren($kmd_an);
        break;
        case 'OFF':
            $aufrufer->speichernUndAusfuehren($kmd_aus);
        break;
        default:
            write_line('Nur die Argumente "ON" oder "OFF" sind erlaubt.');
    }
}

function write_line($text) {
    print $text.'<br/>';
}

Test('ON');
Test('OFF');

Beispiel in TypeScript

enum COM {
    ON,
    OFF
}

abstract class Kommando {
    ausfuehren() : void {

    };
}

class Aufrufer {
    private history = [];

    speichernUndAusfuehren(cmd: Kommando) : void {
        this.history.push(cmd); // optional
        cmd.ausfuehren();
    }
}

// Empfänger
class Licht {
    constructor(){}
    licht_an() : void {
        write_line('Licht ist an.');
    }
    licht_aus() : void {
        write_line('Licht ist aus.');
    }
}

// konkretes Kommando #1: Licht an
class Kommando_An extends Kommando {
    private dasLicht : Licht;
    constructor(licht: Licht) {
        super();
        this.dasLicht = <Licht> licht;
    }
    ausfuehren() : void {
        this.dasLicht.licht_an();
    }
}

// konkretes Kommando #2: Licht aus
class Kommando_Aus extends Kommando {
    private dasLicht: Licht;
    constructor(licht: Licht) {
        super();
        this.dasLicht = <Licht> licht;
    }
    ausfuehren() : void {
        this.dasLicht.licht_aus();
    }
}

// Der Klient
function Test(kommando_string : string|number) : void {
    const lamp : Licht     = new Licht();
    const kmd_an : Kommando  = new Kommando_An (lamp);
    const kmd_aus: Kommando  = new Kommando_Aus(lamp);

    const aufrufer: Aufrufer = new Aufrufer();

    switch (kommando_string) {
        case 1:
        case 'ON':
            aufrufer.speichernUndAusfuehren(kmd_an);
            break;
        case 0:
        case 'OFF':
            aufrufer.speichernUndAusfuehren(kmd_aus);
            break;
        default:
            write_line('Nur die Argumente "ON" oder "OFF" sind erlaubt.');
    }
}

function write_line(text: string) {
    console.log(text);
}

Test('ON');
Test('OFF');
Test(COM.ON);
Test(COM.OFF);

Ausgabe:

Licht ist an.
Licht ist aus.

Weblinks

Commons: Kommando (Entwurfsmuster) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Muster: Command – Lern- und Lehrmaterialien

• Einsteigerfreundliche Einführung in das Command Design Pattern

Einzelnachweise

1. ↑ Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides: Entwurfsmuster. 5. Auflage. Addison-Wesley, 1996, ISBN 3-8273-1862-9, S. 273 ff. 
2. ↑ Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides: Entwurfsmuster. 5. Auflage. Addison-Wesley, Bonn 1996, ISBN 3-8273-1862-9, S. 278 ff.