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112、23种设计模式之命令模式（20/23）

news 2025/11/14 6:06:17

一、命令模式的定义

命令模式是一种行为型设计模式，它将一个请求封装为一个对象，从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。
核心思想：将命令的 ** 发出者（Invoker）和执行者（Receiver）解耦，中间通过命令对象（Command）** 进行沟通。命令对象封装了执行操作所需的所有信息。
四个关键角色：
（1）命令（Command）：定义执行操作的接口（通常是一个 Execute 方法）。
（2）具体命令（ConcreteCommand）：实现 Command 接口，绑定一个接收者和一个具体操作。调用接收者的相应方法来完成命令的执行。
（3）接收者（Receiver）：知道如何执行一个请求相关的操作，真正执行命令的对象。
（4）调用者（Invoker）：持有一个或多个命令对象，并在某个时间点调用命令的 Execute 方法。它不关心命令的具体执行逻辑。

二、应用场景

命令模式在以下场景中特别有用：
（1）需要解耦请求发送者和接收者：当你希望发送请求的对象（如按钮）不需要知道接收请求的对象（如窗口）是谁，以及它是如何处理请求的。
（2）需要支持撤销（Undo）和重做（Redo）操作：命令对象可以存储执行操作所需的状态，以便在需要时撤销或重做。
（3）需要支持事务（Transaction）：将多个命令组合成一个复合命令，要么全部执行，要么全部不执行。
（4）需要将请求排队或记录请求日志：调用者可以将命令对象保存起来，稍后执行，或者记录下来用于审计或回放。
（5）需要动态地指定和执行请求：可以在运行时动态地创建不同的命令对象并交给调用者执行。
生活中的例子：

遥控器：你（调用者）按下按钮（具体命令），遥控器（命令接口）发送信号，电视（接收者）执行相应操作（开机、换台）。你不需要知道电视内部是如何实现的。
点餐：顾客（调用者）告诉服务员（命令接口）要点什么菜（具体命令），服务员将订单交给厨房（接收者），厨房按照订单做菜。
宏命令：在游戏中，你可以录制一系列操作（多个命令）为一个宏，之后一键执行（调用者调用这个复合命令）。

三、优缺点

1.优点

（1）解耦：彻底分离了请求的发送者和接收者，提高了系统的灵活性和可扩展性。
（2）可扩展性：很容易添加新的命令，只需创建新的 ConcreteCommand 类，而无需修改现有代码（符合开闭原则）。
（3）支持撤销 / 重做和事务：这是命令模式最强大的功能之一。
（4）命令可以被参数化、排队和记录：增加了系统的灵活性，可以实现更复杂的功能，如任务调度、日志审计等。
（5）便于测试：ConcreteCommand 对象可以独立于 Receiver 和 Invoker 进行单元测试。

2.缺点

（1）增加了类的数量：为每一个具体操作都创建一个 ConcreteCommand 类，可能会导致系统中类的数量急剧增加，增加了系统的复杂性。
（2）可能引入冗余：对于一些简单的命令，创建一个专门的类可能会显得有些繁琐。

四、C# 代码示例

我们以一个简单的计算器为例，实现加、减操作，并支持撤销功能。

1.角色定义

ICommand (命令接口)：定义 Execute 和 Undo 方法。
AddCommand, SubtractCommand (具体命令)：实现 ICommand 接口，分别执行加、减运算，并能撤销。
Calculator (接收者)：负责实际的计算逻辑（加、减）。
User (调用者)：持有命令对象，负责触发命令的执行和撤销。

2.代码实现

using System;
using System.Collections.Generic;// 1. 命令接口 (Command)
public interface ICommand
{void Execute();void Undo();
}// 2. 接收者 (Receiver)
// 计算器类，负责实际的计算逻辑
public class Calculator
{private int _currentValue = 0;public int CurrentValue => _currentValue;public void Add(int value){_currentValue += value;Console.WriteLine($"计算器: 执行加法，当前值为: {_currentValue}");}public void Subtract(int value){_currentValue -= value;Console.WriteLine($"计算器: 执行减法，当前值为: {_currentValue}");}
}// 3. 具体命令 (ConcreteCommand) - 加法命令
public class AddCommand : ICommand
{private readonly Calculator _calculator;private readonly int _valueToAdd;public AddCommand(Calculator calculator, int valueToAdd){_calculator = calculator ?? throw new ArgumentNullException(nameof(calculator));_valueToAdd = valueToAdd;}// 执行加法public void Execute(){_calculator.Add(_valueToAdd);}// 撤销加法，即执行减法public void Undo(){_calculator.Subtract(_valueToAdd);}
}// 3. 具体命令 (ConcreteCommand) - 减法命令
public class SubtractCommand : ICommand
{private readonly Calculator _calculator;private readonly int _valueToSubtract;public SubtractCommand(Calculator calculator, int valueToSubtract){_calculator = calculator ?? throw new ArgumentNullException(nameof(calculator));_valueToSubtract = valueToSubtract;}// 执行减法public void Execute(){_calculator.Subtract(_valueToSubtract);}// 撤销减法，即执行加法public void Undo(){_calculator.Add(_valueToSubtract);}
}// 4. 调用者 (Invoker)
// 用户类，负责发起命令和管理命令历史（用于撤销）
public class User
{private readonly Calculator _calculator;private readonly Stack<ICommand> _commandHistory = new Stack<ICommand>();public User(Calculator calculator){_calculator = calculator ?? throw new ArgumentNullException(nameof(calculator));}// 执行一个新命令public void ExecuteCommand(ICommand command){command.Execute();_commandHistory.Push(command);}// 撤销上一个命令public void UndoLastCommand(){if (_commandHistory.Count > 0){ICommand commandToUndo = _commandHistory.Pop();Console.WriteLine("\n用户: 请求撤销上一步操作...");commandToUndo.Undo();}else{Console.WriteLine("\n用户: 没有可撤销的操作。");}}public void ShowCurrentValue(){Console.WriteLine($"\n当前计算结果: {_calculator.CurrentValue}");}
}// 客户端代码
class Program
{static void Main(string[] args){// 创建接收者Calculator calculator = new Calculator();// 创建调用者，并将接收者传入User user = new User(calculator);Console.WriteLine("--- 开始计算 ---");user.ShowCurrentValue();// 用户执行一系列命令Console.WriteLine("\n用户: 输入 +5");user.ExecuteCommand(new AddCommand(calculator, 5)); // 5user.ShowCurrentValue();Console.WriteLine("\n用户: 输入 -2");user.ExecuteCommand(new SubtractCommand(calculator, 2)); // 3user.ShowCurrentValue();Console.WriteLine("\n用户: 输入 +10");user.ExecuteCommand(new AddCommand(calculator, 10)); // 13user.ShowCurrentValue();// 用户决定撤销操作user.UndoLastCommand(); // 回到 3user.ShowCurrentValue();user.UndoLastCommand(); // 回到 5user.ShowCurrentValue();user.UndoLastCommand(); // 回到 0user.ShowCurrentValue();// 再撤销就没了user.UndoLastCommand();Console.WriteLine("\n--- 计算结束 ---");}
}

3.输出结果

--- 开始计算 ---当前计算结果: 0用户: 输入 +5
计算器: 执行加法，当前值为: 5当前计算结果: 5用户: 输入 -2
计算器: 执行减法，当前值为: 3当前计算结果: 3用户: 输入 +10
计算器: 执行加法，当前值为: 13当前计算结果: 13用户: 请求撤销上一步操作...
计算器: 执行减法，当前值为: 3当前计算结果: 3用户: 请求撤销上一步操作...
计算器: 执行加法，当前值为: 5当前计算结果: 5用户: 请求撤销上一步操作...
计算器: 执行减法，当前值为: 0当前计算结果: 0用户: 请求撤销上一步操作...
用户: 没有可撤销的操作。--- 计算结束 ---

这个例子清晰地展示了命令模式如何将请求的发起者（User）和执行者（Calculator）解耦，并通过命令对象（AddCommand, SubtractCommand）实现了灵活的撤销功能。
在这里插入图片描述