Python设计模式（12）：命令模式

在实际生活中，社会分工十分明确。一个常见的实例是餐厅的就餐者、服务员和厨师之间的关系。就餐者向服务员提供一些具体的要求，例如告诉服务员“我们有 6 个人，要吃海鲜，请按照每人 60 元备餐”。这时，服务员往往根据客户的要求拟定一个菜单，然后将菜单交给厨师，厨师按照菜单进行烹调。餐厅这样做的目的是责任分离。即将要介绍的命令模式（Command Pattern）和以上的实例很相似，其主要目的也是有效地做到责任分离，按照一定的结构，在程序中引入包括客户程序（就餐人员）、调用者程序（餐厅服务员）与被调用者程序（厨师）。

命令模式的概念与机制

命令模式的目的是解除调用者类与接受者类之间的耦合。命令模式为响应客户请求的行动创建一个抽象，也就是说，设计一个命令接口类，用于声明一个共同的接口，该接口有一些具体的实现者类，如图所示，每个实现者类代表一个不同类型的客户请求和相应的处理。

在图中，命令接口代表抽象。该接口声明一个 execute 方法，两个实现者子类 ConcreteCommand1 和 ConcreteCommand2 实现该接口。

一个命令对象负责提供它所代表的请求的处理功能，但是它不包含功能的实际实现，命令对象是利用接收器对象提供这种功能的。命令模式的设计图如图所示。

在命令模式中，Client 对象负责初始化 Command 对象，并且提供将来要调用方法的全部信息；Invoker 决定什么时候调用所要调用的方法；Receiver 是含有所要调用的方法的代码实现的类的实例。这里使用一个对象代表并且封装所有（将要调用的）方法的详细调用信息，包括方法名字、拥有该方法的对象与方法参数的值。

命令模式工作的时序图如图所示。

当客户类（Client）应用程序需要提供响应用户交互的服务时：

1. 客户类创建必要的接收器（Receiver）对象。
2. 客户类创建一个适当的命令（Command）对象并且将步骤（1）创建的接收器对象配置给它。
3. 客户类创建 Invoker 对象，并且将步骤（2）中创建的命令对象配置给它。
4. Invoker 对象调用命令对象的 execute()方法。

作为命令对象的 execute()方法的部分实现，典型的命令对象调用 Receiver 对象的必要的方法，为调用者提供所需要的服务。

命令模式符合开闭原则：将 Client/Invoker 对象和 Receiver 对象分离，从而使这两个对象不直接交互。该设计做到了 Client/Invoker 对象和 Receiver 对象之间的彻底解耦。当应用需要增加新功能的时候，可以在 Receiver 对象中增加该功能，或者新增加一个 Receiver 类，同时相应地增加一个调用该新功能的新的命令实现子类，而不必改变 Invoker 的代码。

命令对象可以被存储。因为请求被设计成对象的形式，所以有可能将 Command 对象存储在一个永久介质里面，这样可以方便的进行如下操作：

1. 以后再被执行。
2. 执行逆向处理过程，支持“undo”功能。
3. 将不同的命令对象组成一个组，以便以后一个单独的单位执行。

from abc import ABC, abstractmethod


class Receiver:
    pass


class Command(ABC):
    def __init__(self, receiver):
        self.receiver = receiver

    @abstractmethod
    def execute(self):
        pass


class ConcreteCommand1(Command):
    def execute(self):
        print('ConcreteCommand1', self.receiver)


class ConcreteCommand2(Command):
    def execute(self):
        print('ConcreteCommand2', self.receiver)


class Invoker:
    def __init__(self, command):
        self.command = command

    def execute(self):
        self.command.execute()


class Client:
    @staticmethod
    def main():
        # noinspection PyUnusedLocal
        receiver = Receiver()
        command = eval(f'ConcreteCommand{input()}(receiver)')
        invoker = Invoker(command)
        invoker.execute()


if __name__ == '__main__':
    Client.main()

关于命令模式的讨论

根据以上对命令模式的概念的介绍可以看出，命令模式具有以下优势。

1. 命令模式可以实现调用者与被调用者之间的解耦。
2. 命令模式很容易被扩展，增加新的 Command 很容易，并且无需改变已有的类。如果要修改一个 Receiver 类，只需修改该类，然后重新编译，而不需要程序编译任何其他的类。
3. 命令模式支持将多个命令装配成一个复合命令，复合命令实际上是组合模式的一个实例.
4. 命令模式支持操作的取消和重做。当然这需要 ConcreteCommand 类存储额外的状态信息。