设计模式——13. 命令模式
1. 说明
命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它将请求或操作封装成一个对象，从而允许您将客户端和接收者对象解耦。这种模式的主要目的是将请求发送者与接收者解耦，从而允许多种不同的请求来操作接收者对象，同时支持命令的撤销和重做。
以下是命令模式中涉及的关键角色：
- 命令（Command）：该角色定义了一个抽象接口，通常包括一个执行方法（execute），用于封装具体的操作或请求。具体的命令类实现这个接口，并包含了执行特定操作所需的信息。
- 具体命令（Concrete Command）：这些类实现了命令接口，它们包含了特定操作的实际实现，负责调用接收者的方法来完成请求。
- 接收者（Receiver）：接收者是真正执行操作的对象，它包含了实际的业务逻辑。命令将请求传递给接收者来执行实际操作。
- 调用者（Invoker）：调用者是客户端代码或其他对象，它负责创建命令对象并将其发送给接收者来执行请求。调用者不需要知道具体的操作细节，只需知道如何将请求发送给命令对象即可。
- 客户端（Client）：客户端是应用程序的一部分，它创建命令对象并将其发送给调用者来执行请求。
命令模式的主要优点包括：
- 解耦：它允许调用者和接收者之间的松耦合，因为调用者不需要知道接收者的具体实现。
- 可扩展性：您可以轻松地添加新的命令类，无需更改现有的代码。
- 支持撤销和重做：命令模式支持对执行过的命令进行撤销和重做，这对于实现撤销和重做功能非常有用。
2. 使用的场景
命令模式适用于许多不同的场景，特别是在需要将请求发送者与接收者解耦的情况下。以下是一些命令模式的常见使用场景：
- 菜单项和按钮操作：在图形用户界面中，菜单项、按钮和工具栏按钮通常需要执行特定的操作，命令模式可以将这些操作封装成命令对象，从而使用户界面组件与操作解耦。
- 遥控器：遥控器通常包含多个按钮，每个按钮对应一个设备或操作。命令模式可用于将每个按钮的操作封装成命令对象，从而实现遥控器的功能。
- 事务管理：在数据库系统中，可以使用命令模式来实现事务管理。每个数据库操作（插入、更新、删除等）可以封装成一个命令对象，并按照顺序执行，以实现事务的原子性。
- 日程安排和定时任务：命令模式可以用于实现日程安排和定时任务的功能。每个任务可以被封装成命令对象，并根据时间表执行。
- 多级撤销和重做功能：命令模式使得实现多级撤销和重做功能变得简单，因为每个命令对象都可以记录其执行前后的状态。
- 队列请求处理：命令模式可以用于构建请求队列，例如打印队列或任务队列。每个请求被封装成命令对象，并按照队列顺序执行。
- 模拟系统：在模拟和游戏开发中，命令模式可用于控制虚拟角色的行为，使其更加灵活和可扩展。
- 日志记录和审计：命令模式可以用于记录系统中的操作，以便后续的审计和调试。
总之，任何需要将请求或操作封装成对象，并支持撤销、重做、队列化、延迟执行等功能的情况都可以考虑使用命令模式。
3. 应用例子
以下是一个使用 Python 实现的简单命令模式示例，该示例模拟了遥控器控制电视的操作：
# 命令接口
class Command:
def execute(self):
pass
# 具体命令：打开电视
class TurnOnTVCommand(Command):
def __init__(self, tv):
self.tv = tv
def execute(self):
self.tv.turn_on()
# 具体命令：关闭电视
class TurnOffTVCommand(Command):
def __init__(self, tv):
self.tv = tv
def execute(self):
self.tv.turn_off()
# 接收者：电视
class Television:
def turn_on(self):
print("电视已打开")
def turn_off(self):
print("电视已关闭")
# 调用者：遥控器
class RemoteControl:
def __init__(self):
self.command = None
def set_command(self, command):
self.command = command
def press_button(self):
if self.command:
self.command.execute()
# 客户端代码
tv = Television()
turn_on_command = TurnOnTVCommand(tv)
turn_off_command = TurnOffTVCommand(tv)
remote = RemoteControl()
# 打开电视
remote.set_command(turn_on_command)
remote.press_button()
# 关闭电视
remote.set_command(turn_off_command)
remote.press_button()
在这个示例中：
- Command 是命令接口，定义了 execute 方法。
- TurnOnTVCommand 和 TurnOffTVCommand 是具体的命令类，它们分别表示打开电视和关闭电视的操作。
- Television 是接收者，包含了实际的电视操作。
- RemoteControl 是调用者，它可以设置命令并执行命令。
在客户端代码中，我们创建了电视对象和两个具体的命令对象（打开电视和关闭电视），然后使用遥控器对象来执行这些命令。这样，遥控器和电视之间的交互被解耦，可以轻松添加新的命令和扩展功能。
4. 实现要素
- Command（命令）：命令角色是命令模式的核心，它定义了一个执行操作的接口。通常包含一个 execute 方法，用于执行具体的操作。
- ConcreteCommand（具体命令）：具体命令是命令接口的实现者，它负责实现 execute 方法，其中包含了实际的操作逻辑。
- Invoker（调用者）：调用者是发送命令的对象，它负责创建命令对象并将其传递给接收者来执行操作。
- Receiver（接收者）：接收者是实际执行操作的对象，它包含了操作的具体实现。命令对象通常将请求委派给接收者来执行实际操作。
5. UML图
+-------------------+
| Command |
+-------------------+
| + execute(): void |
+-------------------+
^
|
+----------------+-----------------+
| | |
+--------------+ +-----------------+ +-----------------+
| ConcreteCommand1 | | ConcreteCommand2 | | ConcreteCommand3 |
+--------------+ +-----------------+ +-----------------+
| + execute(): void | | + execute(): void | | + execute(): void |
+-------------------+ +-----------------+ +-----------------+
| |
| |
+-----------------+
| Invoker |
+-----------------+
| + setCommand(): void |
| + executeCommand(): void |
+-----------------+
^
|
+-----------------+
| Receiver |
+-----------------+
| + action(): void |
+-----------------+
- Command 是命令接口，其中包含 execute 方法，具体的命令类（ConcreteCommand1, ConcreteCommand2, ConcreteCommand3）实现了该接口。
- Invoker 是调用者，它包含一个命令对象，并通过 setCommand 方法设置命令对象，然后通过 executeCommand 方法执行命令。
- Receiver 是接收者，它包含了实际操作的具体实现，命令对象会委派给接收者执行操作。
在命令模式中，调用者（Invoker）不直接与接收者（Receiver）交互，而是通过命令对象来发出请求，这种解耦使得命令模式非常有用。
6. Java/golang/javascrip/C++ 等语言实现方式
6.1 Java实现
上述例子用Java语言实现示例如下：
// 命令接口
interface Command {
void execute();
}
// 具体命令：打开电视
class TurnOnTVCommand implements Command {
private Television tv;
public TurnOnTVCommand(Television tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void execute() {
tv.turnOn();
}
}
// 具体命令：关闭电视
class TurnOffTVCommand implements Command {
private Television tv;
public TurnOffTVCommand(Television tv) {
this.tv = tv;
}
@Override
public void execute() {
tv.turnOff();
}
}
// 接收者：电视
class Television {
public void turnOn() {
System.out.println("电视已打开");
}
public void turnOff() {
System.out.println("电视已关闭");
}
}
// 调用者：遥控器
class RemoteControl {
private Command command;
public void setCommand(Command command) {
this.command = command;
}
public void pressButton() {
if (command != null) {
command.execute();
}
}
}
// 客户端代码
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Television tv = new Television();
Command turnOnCommand = new TurnOnTVCommand(tv);
Command turnOffCommand = new TurnOffTVCommand(tv);
RemoteControl remote = new RemoteControl();
// 打开电视
remote.setCommand(turnOnCommand);
remote.pressButton();
// 关闭电视
remote.setCommand(turnOffCommand);
remote.pressButton();
}
}
6.2 Golang实现
上述例子用golang实现示例如下：
package main
import "fmt"
// Command 接口定义了命令的执行方法
type Command interface {
Execute()
}
// TurnOnTVCommand 具体命令：打开电视
type TurnOnTVCommand struct {
TV *Television
}
func (c *TurnOnTVCommand) Execute() {
c.TV.TurnOn()
}
// TurnOffTVCommand 具体命令：关闭电视
type TurnOffTVCommand struct {
TV *Television
}
func (c *TurnOffTVCommand) Execute() {
c.TV.TurnOff()
}
// Television 接收者：电视
type Television struct{}
func (tv *Television) TurnOn() {
fmt.Println("电视已打开")
}
func (tv *Television) TurnOff() {
fmt.Println("电视已关闭")
}
// RemoteControl 调用者：遥控器
type RemoteControl struct {
command Command
}
func (r *RemoteControl) SetCommand(command Command) {
r.command = command
}
func (r *RemoteControl) PressButton() {
if r.command != nil {
r.command.Execute()
}
}
func main() {
tv := &Television{}
turnOnCommand := &TurnOnTVCommand{TV: tv}
turnOffCommand := &TurnOffTVCommand{TV: tv}
remote := &RemoteControl{}
// 打开电视
remote.SetCommand(turnOnCommand)
remote.PressButton()
// 关闭电视
remote.SetCommand(turnOffCommand)
remote.PressButton()
}
6.3 Javascript实现
上述例子用javascript实现示例如下：
// 命令接口
class Command {
execute() {}
}
// 具体命令：打开电视
class TurnOnTVCommand extends Command {
constructor(tv) {
super();
this.tv = tv;
}
execute() {
this.tv.turnOn();
}
}
// 具体命令：关闭电视
class TurnOffTVCommand extends Command {
constructor(tv) {
super();
this.tv = tv;
}
execute() {
this.tv.turnOff();
}
}
// 接收者：电视
class Television {
turnOn() {
console.log("电视已打开");
}
turnOff() {
console.log("电视已关闭");
}
}
// 调用者：遥控器
class RemoteControl {
constructor() {
this.command = null;
}
setCommand(command) {
this.command = command;
}
pressButton() {
if (this.command) {
this.command.execute();
}
}
}
// 客户端代码
const tv = new Television();
const turnOnCommand = new TurnOnTVCommand(tv);
const turnOffCommand = new TurnOffTVCommand(tv);
const remote = new RemoteControl();
// 打开电视
remote.setCommand(turnOnCommand);
remote.pressButton();
// 关闭电视
remote.setCommand(turnOffCommand);
remote.pressButton();
6.4 C++实现
上述例子用C++实现如下：
#include
// 命令接口
class Command {
public:
virtual void execute() = 0;
};
// 具体命令：打开电视
class TurnOnTVCommand : public Command {
private:
Television* tv;
public:
TurnOnTVCommand(Television* tv) : tv(tv) {}
void execute() override {
tv->turnOn();
}
};
// 具体命令：关闭电视
class TurnOffTVCommand : public Command {
private:
Television* tv;
public:
TurnOffTVCommand(Television* tv) : tv(tv) {}
void execute() override {
tv->turnOff();
}
};
// 接收者：电视
class Television {
public:
void turnOn() {
std::cout << "电视已打开" << std::endl;
}
void turnOff() {
std::cout << "电视已关闭" << std::endl;
}
};
// 调用者：遥控器
class RemoteControl {
private:
Command* command;
public:
RemoteControl() : command(nullptr) {}
void setCommand(Command* cmd) {
command = cmd;
}
void pressButton() {
if (command) {
command->execute();
}
}
};
int main() {
Television tv;
TurnOnTVCommand turnOnCommand(&tv);
TurnOffTVCommand turnOffCommand(&tv);
RemoteControl remote;
// 打开电视
remote.setCommand(&turnOnCommand);
remote.pressButton();
// 关闭电视
remote.setCommand(&turnOffCommand);
remote.pressButton();
return 0;
}
7. 练习题
使用命令模式创建一个简单的文本编辑器。该编辑器应具备以下功能：
- 添加文本：用户可以输入文本并将其添加到文档中。
- 删除文本：用户可以选择删除文档中的文本。
- 撤销：用户可以撤销上一步操作，恢复到之前的文本状态。
- 重做：用户可以重做已撤销的操作，恢复到之后的文本状态。
要求：
- 使用命令模式，为每个操作创建一个具体的命令类。
- 编写一个接收者类，表示文档，并在接收者类中实现文本的添加和删除操作。
- 编写一个调用者类，表示文本编辑器，用户通过调用者执行操作。
- 编写一个客户端程序，创建文本编辑器对象，添加文本、删除文本、撤销、重做等。
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