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。
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》
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