命令模式

摘自《图解设计模式》

在软件设计中，我们经常需要向某些对象发送请求，但是并不知道请求的接收者是谁，也不知道被请求的操作是哪个，我们只需在程序运行时指定具体的请求接收者即可，此时，可以使用命令模式来进行设计，使得请求发送者与请求接收者消除彼此之间的耦合，让对象之间的调用关系更加灵活。

命令模式可以对发送者和接收者完全解耦，发送者与接收者之间没有直接引用关系，发送请求的对象只需要知道如何发送请求，而不必知道如何完成请求。这就是命令模式的模式动机。

命令模式(Command Pattern)：将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式。

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命令模式在被完成的行为和调用这些动作（通常发生在一个稍晚时刻）的对象之间添加了一个抽象层。在命令模式中，客户端代码创建一个可以在日后执行的Command对象。当该命令在其上执行时，这个对象可以知道管理自己内部状态的接收器对象。Command对象实现一个特定的接口，通常他都会有一个execute或do_action方法，并且还记录执行操作所需的任何参数。最后，一个或多个Invoker对象在适当的时间执行命令。这里是它的UML结构图：

命令模式的一个常见例子是在图形窗口中的操作。通常情况下，一个操作可以被菜单栏的菜单项、快捷键、工具栏图标或右键菜单所调用。这些都是Invoker对象的实例。实际发生的操作，例如Exit、Save或copy，全都由CommandInterface的命令实现。GUI窗口接收到退出命令，文档接收到保存指令，ClipboardManager接收到复制命令，都是Rceivers的例子。

让我们来实现一个提供Save和Exit操作的简单命令模式（这些例子可能不是很符合Python风格，看起来难以理解，在最后将会提供更符合Python风格的方式，可直接跳往那里）。我们将从一些最简单的接收者类开始：

import sys 

class Window(object):
    def exit(self):
        sys.exit(0)
    
class Document(object):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        self.contents = "This file cannot be modified"
        
    def save(self):
        with open(self.filename, 'w') as file:
            file.write(self.contents)

这些模拟的类模型对象在真实工作环境中需要做更多的工作。但对我们来说，这两个类将只做我们需要的。

现在让我们来定义一些调用类。这些类将模仿工具栏、菜单和键盘等可能发生的事件。而实际上他们没有连接到任何东西，但我们可以看出它们是如何从命令、接收者和客户端代码中解耦的：

class ToolbarButton(object):
    def __init__(self, name, iconname):
        self.name = name
        self.iconname = iconname
    
    def click(self):
        self.command.execute()
    
    
class MenuItem(object):
    def __init__(self, menu_name, menuitem_name):
        self.menu = menu_name
        self.item = menuitem_name
    
    def click(self):
        self.command.execute()


class KeyboardShortcut(object):
    def __init__(self, key, modifier):
        self.key = key
        self.modifier = modifier
    
    def keypress(self):
        self.command.execute()

注意各种方法是如何通过各自的命令调用execute方法的。该命令实际上没有设置到对象上；他们可以被传递给__init__函数，但因为他们可能被改变了（例如，用一个可定制的按键组合编辑器），我们可以稍后在对象上设置属性。不同的情况需要不同的设计。

现在，让我们把命令连起来：

class SaveCommand(object):
    def __init__(self, document):
        self.document = document
    
    def execute(self):
        self.document.save()
    

class ExitCommand(object):
    def __init__(self, window):
        self.window = window
    
    def execute(self):
        self.window.exit() 

这些命令非常简单，他们展示了最基本的模式，但需要特别注意的是，我们可以在必要时用命令储存和其他信息。

我们现在要做的就是将一些客户端代码和测试代码连接起来，以使命令正常工作。作为基本测试，我们可以在脚本的末尾将如下代码包含进去：

window = Window()
document = Document('a_document.txt')
save = SaveCommand(document)
exit = ExitCommand(window)

save_button = ToolbarButton('save', 'save.png')
save_button.command = save
exit_menu = MenuItem('File', 'Exit')
exit_menu.command = exit

首先，创建两个接收者和两个命令。然后，我们再创建几个可用的调用者，并为他们每个都设置正确的命令。

然而，对于Python程序员而言，上面的代码不仅难看而且难懂，很不符合Python风格，具有太多没有做实事的样本代码，且Command类彼此也是相似的。也许我们可以创建一个将函数作为回调的通用命令对象。

更具Python风格的命令模式代码

可是，为什么要这么麻烦呢？或许我们可以对每个命令只使用一个函数或方法对象？和包含一个execute()方法的对象不同，我们可以直接写一个函数，并使用他作为命令。在Python中，命令模式是一种常见范式：

import sys 

class Window(object):
    def exit(self):
        sys.exit(0)
    
    class MenuItem(object):
        def click(self):
            self.command()
        
    window = Window()
    menu_item = MenuItem()
    menu_item.command = window.exit

现在，他看起来更像Python。咋一看，我们好像已经将所有命令模式的内容移除，而且我们已经将menu_item和Window类紧密的连接在一起。但仔细看看就能发现，它们根本就没有仅耦合。在MenuItem上，任何可调用的函数都可以像以前一样设置为命令。并且Window.exit方法附加至任意调用者。命令模式具备的灵活性大部分被保持了。我们为了可读性牺牲了完全解耦，但是这段代码在大部分人看来，比完全抽象的版本更易于维护。

当然，我们可以给任何对象添加一个__call__方法，我们也就不会被任何函数限制。当被调用的函数不需要维护状态时，上面的例子是一个有用的捷径。在更高级的用法中，我们还可以使用下面这段代码：

class Document(object):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename 
        self.contents = 'This file cannot be modified'
        
    def save(self):
        with open(self.filename, 'w') as file:
            file.write(self.contents)
            
class KeyboardShortcut(object):
    def keypress(self):
        self.command()

class SaveCommand(object):
    def __init__(self, document):
        self.document = document
        
    def __call__(self):
        self.document.save()


document = Document('a_file.txt')
shortcut = KeyboardShortcut()
save_command = SaveCommand(document)
shortcut.command = save_command

在这里，有些代码和第一个命令模式类似，但更具python风格。正如所看到的，改变调用者去调用一个可调用的，而不是包含一个执行方法的命令对象并没有以任何方式限制我们；事实上，这可以给我们更多的灵活性。当他运行时，我们可以直接连接到函数，但当情况要求时，我们可以建立一个完整的可调用的命令对象。

命令模式经常被扩展以支持可撤销的命令。例如，一个文本程序可以将插入方法和插入的撤销方法同时封装进一个execute命令。一段图形程序则可以将每个绘图操作（矩形、线条等）和将像素恢复到原始状态的undo方法封装进一个命令包。在这种情况下，命令模式的解耦显得更加有用，因为每个动作都需要维持足够的状态使得稍后能撤销该操作。

参考：
《Python3 面向对象编程》