设计模式 14 命令模式

设计模式 14

创建型模式（5）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
行为型模式（11）：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式

文章目录

[设计模式 14](#设计模式 14)
- [命令模式（Command Pattern）](#命令模式（Command Pattern）)
- - [1 定义](#1 定义)
  - [2 结构](#2 结构)
  - [3 示例代码](#3 示例代码)
  - [5 特点](#5 特点)
  - [6 适用场景](#6 适用场景)
  - [7 总结](#7 总结)

命令模式（Command Pattern）

1 定义

命令模式的核心思想是将"请求"封装为对象，并将请求的执行和请求的具体操作细节解耦。这样可以在不同的时间点、不同的环境下执行请求，还可以通过命令对象的统一接口来记录日志、撤销操作等。

2 结构

命令模式包含以下角色：

命令接口（Command）: 声明执行命令的接口。
具体命令类（ConcreteCommand）: 实现命令接口，定义请求的具体操作。
接收者（Receiver）: 知道如何执行与请求相关的操作。
调用者（Invoker）: 负责调用命令对象执行请求。它并不直接操作接收者。
客户端（Client）: 创建具体的命令对象，并设置它们的接收者。

UML 类图

scss 复制代码

+-------------------+
|     Command       |  <----- 命令接口
+-------------------+
| + Execute()       |
+-------------------+
        ^
        |
+-----------------------+            +----------------------+
| ConcreteCommand1      |            | ConcreteCommand2     |
+-----------------------+            +----------------------+
| - receiver: Receiver  |            | - receiver: Receiver |
| + Execute()           |            | + Execute()          |
+-----------------------+            +----------------------+

+-------------------+
|     Receiver      |  <----- 接收者
+-------------------+
| + Action()        |
+-------------------+

+-----------------------------+
|     Invoker                 |  <----- 调用者
+-----------------------------+
| - command: Command          |
| + SetCommand(cmd: Command)  |
| + ExecuteCommand()          |
+-----------------------------+

3 示例代码

假设我们要实现一个简单的家电控制系统，可以用命令模式来设计将家电的操作（如开灯、关灯等）封装为命令对象。

命令接口

csharp 复制代码

// 命令接口
public interface ICommand
{
    void Execute();
    void Undo();
}

接收者

csharp 复制代码

// 接收者：灯
public class Light
{
    public void TurnOn()
    {
        Console.WriteLine("The light is on");
    }

    public void TurnOff()
    {
        Console.WriteLine("The light is off");
    }
}

具体命令类

csharp 复制代码

// 具体命令类：打开灯
public class LightOnCommand : ICommand
{
    private readonly Light _light;

    public LightOnCommand(Light light)
    {
        _light = light;
    }

    public void Execute()
    {
        _light.TurnOn();
    }

    public void Undo()
    {
        _light.TurnOff(); // 撤销打开灯，实际上是关闭灯
    }
}

// 具体命令类：关闭灯
public class LightOffCommand : ICommand
{
    private readonly Light _light;

    public LightOffCommand(Light light)
    {
        _light = light;
    }

    public void Execute()
    {
        _light.TurnOff();
    }

    public void Undo()
    {
        _light.TurnOn(); // 撤销关闭灯，实际上是打开灯
    }
}

调用者

csharp 复制代码

public class RemoteControl
{
    private ICommand _command;
    private readonly Stack<ICommand> _history = new Stack<ICommand>();
    private readonly Stack<ICommand> _redoStack = new Stack<ICommand>();

    public void SetCommand(ICommand command)
    {
        _command = command;
    }

    public void PressButton()
    {
        _command.Execute();
        _history.Push(_command); // 保存执行的命令
        _redoStack.Clear();      // 清空恢复栈，因为有新操作了
    }

    public void PressUndo()
    {
        if (_history.Count > 0)
        {
            ICommand lastCommand = _history.Pop();
            lastCommand.Undo();
            _redoStack.Push(lastCommand); // 保存到恢复栈
        }
    }

    public void PressRedo()
    {
        if (_redoStack.Count > 0)
        {
            ICommand lastUndoneCommand = _redoStack.Pop();
            lastUndoneCommand.Execute();
            _history.Push(lastUndoneCommand); // 重新保存到历史栈
        }
    }
}

客户端代码

csharp 复制代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建接收者
        Light livingRoomLight = new Light();

        // 创建命令对象
        ICommand lightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);
        ICommand lightOff = new LightOffCommand(livingRoomLight);

        // 创建调用者并设置命令
        RemoteControl remote = new RemoteControl();

        // 打开灯
        remote.SetCommand(lightOn);
        remote.PressButton();

        // 关闭灯
        remote.SetCommand(lightOff);
        remote.PressButton();

        // 撤销关闭灯操作（即再次打开灯）
        remote.PressUndo();

        // 撤销打开灯操作（即再次关闭灯）
        remote.PressUndo();

        // 恢复关闭灯操作（即再次打开灯）
        remote.PressRedo();
    }
}

运行结果

plaintext 复制代码

The light is on
The light is off

在这个例子中，LightOnCommand 和 LightOffCommand 这两个具体命令类封装了开灯和关灯的操作。RemoteControl 是调用者，通过调用 SetCommand 方法将具体命令对象传递给它，并通过 PressButton 方法执行命令。

5 特点

优点:
- 解耦请求发送者和接收者: 发送者只需要知道命令接口，而不需要了解具体实现。
- 支持撤销操作: 可以实现命令的撤销和恢复功能。
- 支持宏命令: 可以将多个命令组合成一个宏命令，顺序执行。
- 支持请求排队和日志记录: 通过保存命令对象，可以将请求保存到队列中或日志中，便于后续操作。
缺点:
- 类数量增加: 每个具体命令都需要定义一个类，可能导致类的数量增加。
- 系统复杂性增加: 封装请求为对象虽然增加了灵活性，但也增加了系统的复杂性。

6 适用场景

需要参数化对象的操作: 客户端可以在运行时选择并设置要执行的命令。
需要支持撤销和恢复操作: 系统需要支持撤销功能时，可以使用命令模式保存操作的历史记录。
需要在不同时间点执行操作: 可以将命令放入队列中，延迟执行或按顺序执行。
需要支持宏命令: 需要将多个操作组合成一个命令时，可以使用命令模式。

7 总结

命令模式通过将操作封装为独立的命令对象，实现了请求发送者与接收者的解耦。它为系统增加了灵活性，尤其是在支持撤销、恢复、宏命令和请求排队等功能时非常有用。然而，命令模式的使用也可能导致类的数量增加，系统的复杂性增加，因此在设计时需要权衡使用。