c#设计模式-命令模式

一、 命令（Command）模式

命令（Command）模式属于对象的行为模式【GOF95】。命令模式又称为行动（Action）模式或交易（Transaction）模式。命令模式把一个请求或者操作封装到一个对象中。命令模式允许系统使用不同的请求把客户端参数化，对请求排队或者记录请求日志，可以提供命令的撤销和恢复功能。

命令模式是对命令的封装。命令模式把发出命令的责任和执行命令的责任分割开，委派给不同的对象。

每一个命令都是一个操作：请求的一方发出请求要求执行一个操作；接收的一方收到请求，并执行操作。命令模式允许请求的一方和接收的一方独立开来，使得请求的一方不必知道接收请求的一方的接口，更不必知道请求是怎么被接收，以及操作是否被执行、何时被执行，以及是怎么被执行的。

二、 命令模式的结构

既然，命令模式是实现把发出命令的责任和执行命令的责任分割开，然而中间必须有某个对象来帮助发出命令者来传达命令，使得执行命令的接收者可以收到命令并执行命令。例如，开学了，院领导说计算机学院要进行军训，计算机学院的学生要跑1000米，院领导的话也就相当于一个命令，他不可能直接传达给到学生，他必须让教官来发出命令，并监督学生执行该命令。在这个场景中，发出命令的责任是属于学院领导，院领导充当与命令发出者的角色，执行命令的责任是属于学生，学生充当于命令接收者的角色，而教官就充当于命令的发出者或命令请求者的角色，然而命令模式的精髓就在于把每个命令抽象为对象。从而命令模式的结构如下图所示：

从命令模式的结构图可以看出，它涉及到五个角色，它们分别是：

• 客户（Client）角色：发出一个具体的命令(ConcreteCommand)并确定其接受者。
• 命令（Command）角色：声明了一个给所有具体命令类实现的抽象接口
• 具体命令（ConcreteCommand）角色：定义了一个接受者和行为的弱耦合，负责调用接受者的相应方法。
• 请求者（Invoker）角色：负责调用命令对象执行命令。
• 接受者（Receiver）角色：负责具体行为的执行。任何一个类都可以成为接收者，实施和执行请求的方法叫做行动方法。

三、 命令模式的示意性源代码

// Command pattern -- Structural example   
using System;

// "Command" 
abstract class Command
{
    // Fields 
    protected Receiver Receiver;

    // Constructors 
    protected Command(Receiver receiver)
    {
        this.Receiver = receiver;
    }

    // Methods 
    abstract public void Execute();
}

// "ConcreteCommand" 
class ConcreteCommand : Command
{
    // Constructors 
    public ConcreteCommand(Receiver receiver) :
        base(receiver) { }

    // Methods 
    public override void Execute()
    {
        Receiver.Action();
    }
}

// "Receiver" 
class Receiver
{
    // Methods 
    public void Action()
    {
        Console.WriteLine("Called Receiver.Action()");
    }
}

// "Invoker" 
class Invoker
{
    // Fields 
    private Command _command;

    // Methods 
    public void SetCommand(Command command)
    {
        this._command = command;
    }

    public void ExecuteCommand()
    {
        _command.Execute();
    }
}

/// <summary> 
///  Client test 
/// </summary> 
public class Client
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // Create receiver, command, and invoker 
        var r = new Receiver();
        Command c = new ConcreteCommand(r);
        var i = new Invoker();

        // Set and execute command 
        i.SetCommand(c);
        i.ExecuteCommand();
    }
}

四、 命令模式的实现

首先命令应当"重"一些还是"轻"一些。在不同的情况下，可以做不同的选择。如果把命令设计得"轻"，那么它只是提供了一个请求者和接收者之间的耦合而己，命令代表请求者实现请求。

相反，如果把命令设计的"重"，那么它就应当实现所有的细节，包括请求所代表的操作，而不再需要接收者了。当一个系统没有接收者时，就可以采用这种做法。

更常见的是处于最"轻"和最"重"的两个极端之间时情况。命令类动态地决定调用哪一个接收者类。

其次是否支持undo和redo。如果一个命令类提供一个方法，比如叫unExecute()，以恢复其操作的效果，那么命令类就可以支持undo和redo。具体命令类需要存储状态信息，包括：

1. 接收者对象实际上实施请求所代表的操作；
2. 对接收者对象所作的操作所需要的参数；
3. 接收者类的最初的状态。接收者必须提供适当的方法，使命令类可以通过调用这个方法，以便接收者类恢复原有状态。

如果只需要提供一层的undo和redo，那么系统只需要存储最后被执行的那个命令对象。如果需要支持多层的undo和redo，那么系统就需要存储曾经被执行过的命令的清单，清单能允许的最大的长度便是系统所支持的undo和redo的层数。沿着清单逆着执行清单上的命令的反命令（unExecute()）便是undo；沿着清单顺着执行清单上的命令便是redo。

五、 命令模式的实际应用案例

下面的代码使用命令模式演示了一个简单的计算器，并允许执行undo与redo。注意："operator"在C#中是关键词，所以在前面添加一个"@"将其变为标识符。

// Command pattern -- Real World example   
using System;
using System.Collections;

// "Command" 
abstract class Command
{
    // Methods 
    abstract public void Execute();
    abstract public void UnExecute();
}

// "ConcreteCommand" 
class CalculatorCommand : Command
{
    // Fields 
    char _operator;
    int _operand;
    readonly Calculator _calculator;

    // Constructor 
    public CalculatorCommand(Calculator calculator,
      char @operator, int operand)
    {
        this._calculator = calculator;
        this._operator = @operator;
        this._operand = operand;
    }

    // Properties 
    public char Operator
    {
        set { _operator = value; }
    }

    public int Operand
    {
        set { _operand = value; }
    }

    // Methods 
    override public void Execute()
    {
        _calculator.Operation(_operator, _operand);
    }

    override public void UnExecute()
    {
        _calculator.Operation(Undo(_operator), _operand);
    }

    // Private helper function 
    private char Undo(char @operator)
    {
        char undo = ' ';
        switch (@operator)
        {
            case '+': undo = '-'; break;
            case '-': undo = '+'; break;
            case '*': undo = '/'; break;
            case '/': undo = '*'; break;
        }
        return undo;
    }
}

// "Receiver" 
class Calculator
{
    // Fields 
    private int _total = 0;

    // Methods 
    public void Operation(char @operator, int operand)
    {
        switch (@operator)
        {
            case '+': _total += operand; break;
            case '-': _total -= operand; break;
            case '*': _total *= operand; break;
            case '/': _total /= operand; break;
        }
        Console.WriteLine("Total = {0} (following {1} {2})",
          _total, @operator, operand);
    }
}

// "Invoker" 
class User
{
    // Fields 
    private readonly Calculator _calculator = new Calculator();
    private readonly ArrayList _commands = new ArrayList();
    private int _current = 0;

    // Methods 
    public void Redo(int levels)
    {
        Console.WriteLine("---- Redo {0} levels ", levels);
        // Perform redo operations 
        for (int i = 0; i < levels; i++)
            if (_current < _commands.Count - 1)
                ((Command)_commands[_current++]).Execute();
    }

    public void Undo(int levels)
    {
        Console.WriteLine("---- Undo {0} levels ", levels);
        // Perform undo operations 
        for (int i = 0; i < levels; i++)
            if (_current > 0)
                ((Command)_commands[--_current]).UnExecute();
    }

    public void Compute(char @operator, int operand)
    {
        // Create command operation and execute it 
        Command command = new CalculatorCommand(
          _calculator, @operator, operand);
        command.Execute();

        // Add command to undo list 
        _commands.Add(command);
        _current++;
    }
}

/// <summary> 
/// CommandApp test 
/// </summary> 
public class Client
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // Create user and let her compute 
        var user = new User();

        user.Compute('+', 100);
        user.Compute('-', 50);
        user.Compute('*', 10);
        user.Compute('/', 2);

        // Undo and then redo some commands 
        user.Undo(4);
        user.Redo(3);
    }
}

六、 命令模式的适用场景

在下面的情况下可以考虑使用命令模式：

1. 系统需要支持命令的撤销（undo）。命令对象可以把状态存储起来，等到客户端需要撤销命令所产生的效果时，可以调用undo方法吧命令所产生的效果撤销掉。命令对象还可以提供redo方法，以供客户端在需要时，再重新实现命令效果。
2. 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队。一个命令对象和原先的请求发出者可以有不同的生命周期。意思为：原来请求的发出者可能已经不存在了，而命令对象本身可能仍是活动的。这时命令的接受者可以在本地，也可以在网络的另一个地址。命令对象可以串行地传送到接受者上去。
3. 如果一个系统要将系统中所有的数据消息更新到日志里，以便在系统崩溃时，可以根据日志里读回所有数据的更新命令，重新调用方法来一条一条地执行这些命令，从而恢复系统在崩溃前所做的数据更新。
4. 系统需要使用命令模式作为“CallBack(回调)”在面向对象系统中的替代。Callback即是先将一个方法注册上，然后再以后调用该方法。
5. 一个系统需要支持交易(Transaction)。一个交易结构封装了一组数据更新命令。使用命令模式来实现交易结构可以使系统增加新的交易类型。

七、 命令模式的优缺点

命令模式使得命令发出的一个和接收的一方实现低耦合，从而有以下的优点：

• 命令模式使得新的命令很容易被加入到系统里。
• 可以设计一个命令队列来实现对请求的Undo和Redo操作。
• 可以较容易地将命令写入日志。
• 可以把命令对象聚合在一起，合成为合成命令。合成命令式合成模式的应用。

命令模式的缺点：

• 使用命令模式可能会导致系统有过多的具体命令类。这会使得命令模式在这样的系统里变得不实际。