设计模式是软件工程中经过验证的、可复用的解决方案，用于解决常见的设计问题，在C语言中，虽然不像C++或Java那样直接支持面向对象特性，但通过巧妙的结构体和函数指针，仍然可以实现多种设计模式，其中命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它将请求封装为对象，从而允许用户使用不同的请求、队列或日志请求来参数化其他对象，并支持可撤销的操作，命令模式的核心思想是将“调用者”与“接收者”解耦，通过命令对象作为中间层，使得调用者无需知道接收者的具体实现细节。
在C语言中实现命令模式,通常需要定义几个关键组件：命令结构体（包含执行函数和接收者指针）、接收者结构体（包含实际业务逻辑的方法）、调用者结构体（负责调用命令）以及客户端代码（负责创建和组装这些对象），以一个简单的遥控器控制家电的例子为例，假设我们需要控制灯的开关和风扇的调速，首先定义接收者结构体，如Light和Fan，分别包含turnOn、turnOff、setSpeed等函数，然后定义命令结构体，如LightOnCommand、LightOffCommand、FanSpeedCommand，每个命令结构体包含一个指向接收者的指针和对应的执行函数指针，例如LightOnCommand的执行函数会调用接收者的turnOn方法，调用者结构体（如RemoteControl）可以存储当前命令，并通过按钮触发执行。
为了更清晰地展示命令模式的结构,以下是C语言中命令模式的核心组件表格：
| 组件名称 | 结构体定义示例 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 接收者（Receiver） | typedef struct { void (*turnOn)(void*); void (*turnOff)(void*); } Light; |
定义实际执行操作的接口，如灯的开关、风扇的调速等。 |
| 命令（Command） | typedef struct { void (*execute)(void*); void* receiver; } Command; |
封装接收者和操作，提供统一的执行接口，如LightOnCommand的execute调用Light的turnOn。 |
| 调用者（Invoker） | typedef struct { Command* currentCommand; } RemoteControl; |
负责调用命令的执行方法，如遥控器按钮触发currentCommand->execute()。 |
| 客户端（Client） | Light* light = createLight(); Command* lightOn = createLightOnCommand(light); |
创建接收者和命令对象，并将它们关联起来，设置调用者的初始状态。 |
在具体实现中,命令模式的优势在于扩展性强，新增一个“空调”控制功能时，只需添加AirConditioner接收者和对应的Command，而无需修改调用者RemoteControl的代码，命令模式支持撤销操作，只需在命令结构体中增加undo函数指针，并在执行前保存接收者的状态。LightOnCommand的undo可以调用turnOff，LightOffCommand的undo可以调用turnOn，通过这种方式，调用者可以维护一个命令历史列表，实现撤销（Undo）和重做（Redo）功能。
命令模式在C语言中的应用场景广泛,例如GUI编程中的按钮点击事件、多线程任务队列中的任务调度、或者嵌入式系统中的命令解析等，在这些场景中，命令模式能够将请求的发送者和处理者完全解耦，提高代码的灵活性和可维护性，在一个嵌入式设备中，串口接收到的命令可以被封装为Command对象，由任务队列统一调度执行，而无需关心命令的具体来源或处理逻辑。
命令模式在C语言中也存在一些挑战,由于C语言缺乏动态类型和运行时类型识别（RTTI），实现撤销、队列管理等高级功能时需要手动管理内存和状态，代码复杂度较高，过多的函数指针和结构体嵌套可能导致代码可读性下降，因此需要合理的模块划分和注释。
相关问答FAQs：
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问：命令模式与策略模式（Strategy Pattern）在C语言中有何区别？
答：命令模式的核心是封装“请求”为对象，强调将调用者与接收者解耦，通常支持撤销、队列等操作；而策略模式封装“算法族”，强调算法的替换和动态选择，例如排序算法的选择，在C语言中，两者都依赖函数指针，但命令模式的重点是“执行什么操作”，而策略模式是“如何执行操作”，命令模式中的LightOnCommand封装了“开灯”的请求，而策略模式中的SortingStrategy封装了“快速排序”或“归并排序”的算法。 -
问：在C语言中实现命令模式时，如何避免内存泄漏？
答：为了避免内存泄漏，需要确保所有动态分配的内存（如接收者、命令对象）在不再使用时被释放，具体措施包括：在客户端代码中调用free()释放命令对象；在调用者销毁时清理当前命令；使用工厂模式集中管理对象创建和销毁，定义destroyCommand(Command* cmd)函数，释放命令对象及其关联的接收者内存，可以使用引用计数（如struct { void* obj; int refCount; }）来跟踪对象的生命周期，确保在引用计数归零时释放内存。
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