Python设计模式之命令模式原理与用法实例分析

什么是命令模式

命令模式是一种行为型设计模式，它允许将请求封装成一个对象，从而使您可以将不同的请求、队列或日志请求参数化，支持可撤销操作。

在命令模式中，有四个基本角色：

1. Command（命令）：抽象命令类，声明了执行操作的接口。
2. ConcreteCommand（具体命令）：将一个接收者对象和一个动作绑定在一起，实现了执行操作的接口。
3. Receiver（接收者）：知道如何实施与执行一个请求相关的操作。
4. Invoker（调用者）：调用命令执行请求。

命令模式示例

示例1：智能家居控制器

现在，我们来使用命令模式编写一个智能家居控制器。

定义接收者：具体动作

from abc import ABC, abstractmethod

class Light:
    def on(self):
        print("The light is on")

    def off(self):
        print("The light is off")

定义命令接口

class Command(ABC):
    @abstractmethod
    def execute(self):
        pass

定义具体命令

class LightOnCommand(Command):
    def __init__(self, light):
        self._light = light

    def execute(self):
        self._light.on()

class LightOffCommand(Command):
    def __init__(self, light):
        self._light = light

    def execute(self):
        self._light.off()

实现调用者

class RemoteControl:
    def __init__(self):
        self._on_commands = []
        self._off_commands = []

    def set_command(self, command, slot):
        if slot < 0 or slot > 1:
            return
        if isinstance(command, LightOnCommand):
            self._on_commands.insert(slot, command)
        elif isinstance(command, LightOffCommand):
            self._off_commands.insert(slot, command)

    def on_button_pressed(self, slot):
        self._on_commands[slot].execute()

    def off_button_pressed(self, slot):
        self._off_commands[slot].execute()

客户端代码

if __name__ == "__main__":
    living_room_light = Light()

    living_room_light_on = LightOnCommand(living_room_light)
    living_room_light_off = LightOffCommand(living_room_light)

    remote_control = RemoteControl()
    remote_control.set_command(living_room_light_on, 0)
    remote_control.set_command(living_room_light_off, 1)

    remote_control.on_button_pressed(0)
    remote_control.off_button_pressed(1)

    remote_control.off_button_pressed(2)  # 该操作将不会执行

示例2：财务系统日志记录

现在，我们来看看一个更加实际的例子。假设我们的公司有一个财务系统，我们使用命令模式来记录正常操作和异常操作的日志。

定义接收者

class FinanceSystem:
    def pay(self, amount):
        print(f"Paid {amount}")

    def refund(self, amount):
        print(f"Refunded {amount}")

定义命令接口

class FinanceCommand(ABC):
    @abstractmethod
    def execute(self):
        pass

定义具体命令

import logging

class PayCommand(FinanceCommand):
    def __init__(self, finance_system, amount):
        self._finance_system = finance_system
        self._amount = amount

    def execute(self):
        try:
            self._finance_system.pay(self._amount)
            logging.info(f"Paid {self._amount}")
        except Exception as e:
            logging.error(str(e))

class RefundCommand(FinanceCommand):
    def __init__(self, finance_system, amount):
        self._finance_system = finance_system
        self._amount = amount

    def execute(self):
        try:
            self._finance_system.refund(self._amount)
            logging.info(f"Refunded {self._amount}")
        except Exception as e:
            logging.error(str(e))

实现调用者

class FinanceInvoker:
    def __init__(self, finance_system):
        self._finance_system = finance_system
        self._commands = []

    def add_command(self, command):
        self._commands.append(command)

    def execute(self):
        for command in self._commands:
            command.execute()

客户端代码

if __name__ == "__main__":
    finance_system = FinanceSystem()

    logging.basicConfig(filename='finance_system.log', level=logging.INFO)

    pay_command = PayCommand(finance_system, 100)
    refund_command = RefundCommand(finance_system, 50)

    finance_invoker = FinanceInvoker(finance_system)
    finance_invoker.add_command(pay_command)
    finance_invoker.add_command(refund_command)

    finance_invoker.execute()

在示例2中，我们使用了Python内置的logging库来记录日志。当捕获到异常时，我们会将错误信息记录下来。通过记录日志，我们可以更好地追踪和debug自己的代码。

结论

在以上的示例中，我们可以看到命令模式的强大。命令模式可以很容易地扩展，而不需要修改现有的代码，只需要添加新的命令即可。它还可以在系统中增加事务性操作，并支持可撤销操作。Python中，命令模式常被用于GUI程序、智能家居等方面的开发。