Command模式应用实践
一、 需求分析
在我们开发的一个项目中，需要自己开发一个安装系统，便于部署特定环境下的产品系统。要求的安装界面如图19-1所示：
图19-1 安装系统界面
根据安装步骤的不同，所要执行的安装逻辑也相应不同，然而客户要求的是能够提供“上一步”和“下一步”的操作，以便于随时回退或者继续向前安装。这也是一般安装系统所应具备的功能。
根据对安装业务的分析，整个安装共分为七个步骤：
（1）检测本地计算机并初始化安装系统；
（2）选择要安装的压缩包；
（3）复制安装所需的临时文件；
（4）选定安装目录；
（5）准备安装；
（6）执行安装；
（7）安装成功，退出。
整个安装步骤中，每一步的安装界面都不相同，而这些界面都由特定的User Control体现，例如User Control中的提示信息、按钮、进度条等。
二、 坏的设计
既然我们为每一个安装步骤定义了不同的UserControl对象，那么在每次执行安装时，仅需要利用Pannel控件的添加子控件方法即可，例如定义如下的方法：
private void AddBodyUC(UserControl uc)
{
panBody.Controls.Clear();
panBody.Controls.Add(uc);
panBody.Refresh();
}
然后我们直接在主窗体中定义若干执行安装的方法，且根据安装的方向分类，例如：
private void PreviousStep1()
{}
private void NextStep1()
{}
我们接着定义一个计数器，用于记录安装步骤数：
private int step = 1;
同时，定义一个枚举类型，以指定安装的方向是“上一步”，还是“下一步”：
public enum OpDirection {Previous=0,Next}
为了调用更加简单，在执行安装的方法基础上，重又定义了一系列的安装方法，并接收OpDirection对象，根据其值以判断执行的方法：
private void Step1(OpDirection direction)
{
switch (direction)
{
case OpDirection.Previous:
PreviousStep1();
break;
case OpDirection.Next:
NextStep1();
break;
}
}
现在，我们就可以直接在Button的Click事件中调用相关的方法了，例如：
private void btnNext_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
switch (step)
{
case 1:
Step1(OpDirection.Next);
break;
case 2:
Step2(OpDirection.Next);
break;
case 3:
Step3(OpDirection.Next);
break;
case 4:
Step4(OpDirection.Next);
break;
case 5:
Step5(OpDirection.Next);
break;
case 6:
Step6(OpDirection.Next);
break;
case 7:
Step7(OpDirection.Next);
break;
}
}
这样的设计不可谓不简单，然而也不可谓不拙劣了。实际上，这样的设计实乃面向过程设计之遗毒，而完全丢失了面向对象设计的精神实质。粗略列举一下，至少存在以下缺陷：
（1）层次混乱，职责不明，众多实现代码都集中在一个主窗体类中，导致一个类过于庞大；
（2）逻辑虽然简单，然而代码却极为繁杂，且不利于代码的复用；
（3）极度僵化，尤其不利于可能的扩展；
（4）思路混乱，结构模糊，不利于代码之阅读，从而影响其他人对代码可能会有的修改。
总之，这样的设计仿若一个拙劣的工匠胡乱敲打出来的一件半成品，非但谈不上设计之美，竟然连最基本的设计要素也不具备。勉强可说，够用而已。
那么，应该如何设计才能克服以上的缺陷呢？其实，从上述的设计中我们可以找到一些改善设计的端倪。最重要的设计原则，还是对象的职责划分。例如我们思考一下执行安装的方法，它们属于主窗体对象的职责范围吗？答案显然是否定的。既然这些方法不属于主窗体对象的职责，为什么我们还要将其定义在主窗体类中呢？
那么，这些方法究竟属于哪一个对象？是每一个安装步骤所定义的UserControl对象吗？似乎是，然而又不尽然。一个UserControl对象，它的职责应该是什么？虽然是为各个安装步骤定义的类，然而它的职责主要还在于安装界面的相关逻辑，例如相关信息在界面上的显示，进度条的进度显示，还包括Button响应Click事件所可能执行的方法。而执行安装，严格说来，却与这些对象无关。
既然找不到安装方法所属的对象，为什么不为其专门定义相关的对象呢？思路到了这里，就有了豁然开朗的喜悦了。
三、 引入Command模式
如果说一个典型的对象应该包括属性和行为，那么仅仅包含行为的对象，毋庸置疑最佳的定义类型就是接口了。在上一节的设计方案中，定义了一系列安装方法，虽然步骤不同，执行的逻辑也不相同，然而由于具有相同的方法签名，因此完全可以统一为一个接口，例如ISetupCommand：
public interface ISetupCommand
{
void ExecuteSetup();
}
既然是多个安装步骤都具有该Setup()方法，自然就可以定义相关的类，并使其实现该接口：
public class Step1SetupCommand:ISetupCommand
{
public void ExecuteSetup()
{
//实现略;
}
}
如此一来，修改后的设计其类图如图19-2所示：
图19-2 ISetupCommand类型的类图
熟悉设计模式的读者应该可以看出，上图所示就是一个标准的Command模式实现。确实如此，我们将安装方法看作是一个用户的请求，或者说是命令。由于该命令逻辑对于系统而言是变化的，因此抽象该命令逻辑，使其与其他调用者之间的耦合度松散，是解决这类问题的最佳方案。
注意：如果比较类图结构，我们会发现Command模式、Strategy模式和State模式是完全一样的。事实正是如此，由于它们的设计思想都是对易于变化的部分进行抽象，或为接口，或为抽象类。唯一的区别，就是所抽象的行为职责不同而已，这一点从各自的名字就可以看出。本例中，由于安装方法更近似于用户的请求或命令，所以称其为Command模式更加恰当。
引入Command模式确乎使我们的程序结构更加合理了，然而，我们使用设计模式，并不是要生搬硬套，而应该遵循其设计的基本原则。以本例而言，实则我们没有必要定义诸如Step1SetupCommand的类，来实现ISetupCommand接口。我们只需要修改原来为各个安装步骤定义的UserControl类，令其实现ISetupCommand接口即可。
如此说来，安装行为仍然属于UserControl的职责吗？这岂不是与前面的分析自相矛盾？其实不然，两者之间有着迥然的区别。如果只是将安装方法简单地放到UserControl对象中，则该职责是与具体的UserControl类型相绑定的，例如Step1BodyUC类对象，它们的关系是一种强依赖关系。由于UserControl类类型是.Net Framework已经定义好的，虽然各个具体的UserControl对象有一个共同的基类UserControl，然而安装方法却没有被共同抽象出来，也即是说，各个UserControl对象的安装方法是各自为政的，因此如下的代码就是错误的：
UserControl uc = new Step1BodyUC();
uc.ExecuteSetup();
除非将对象uc进行显示转换为Step1BodyUC类型，然而这样的处理就完全悖离了面向对象思想中的多态性。
如果是各个UserControl对象均实现ISetupCommand接口，情况就完全不同了：
public class Step1BodyUC:UserControl,ISetupCommand
{
//实现略;
}
以下代码是合理的：
ISetupCommand uc = new Step1BodyUC();
uc.ExecuteSetup();
修改后的设计方案类图应该如图19-3所示：
图19-3 修改后的设计类图
相比最初的设计，我们仅仅新增加了一个ISetupCommand接口，同时将原来在主窗口类中的安装方法，转移到了各个UserControl对象中，作为ISetupCommand接口方法的实现。
四、 进一步完善
虽然程序结构在引入Command模式后有了很大的改观，然而现有的各个ISetupCommand对象并不能很好地被主窗体对象所调用。在为btnNext和btnPrevious按钮的Click事件实现安装行为时，安装步骤必须是顺次执行的，而如今的设计，并不能体现这样一个顺序关系。唯一的办法，是将这些ISetupCommand对象依次放入一个集合对象中，并提供Next()和Previous()方法，返回正确的对象：
public class SetupUCChain
{
private List<ISetupCommand> m_list;
private int m_step;
private static SetupUCChain m_chain;
private SetupUCChain()
{
m_list = new List<ISetupCommand>();
m_step = 0;
Init();
}
public static SetupUCChain CreateSetupUCChain()
{
if (m_chain == null)
{
return new SetupUCChain();
}
else
{
return m_chain;
}
}
private void Init()
{
m_list.Add(new Step1BodyUC());
m_list.Add(new Step2BodyUC());
m_list.Add(new Step3BodyUC());
m_list.Add(new Step4BodyUC());
m_list.Add(new Step5BodyUC());
m_list.Add(new Step6BodyUC());
m_list.Add(new Step7BodyUC());
}
public ISetupCommand Next()
{
++m_step;
if (m_step < m_list.Count)
{
return (ISetupCommand)m_list[m_step];
}
else
{
throw new IndexOutOfRangeException("Setup is completed.");
}
}
public ISetupCommand Previous()
{
--m_step;
if (m_step >= 0)
{
return (ISetupCommand)m_list[m_step];
}
else
{
throw new IndexOutOfRangeException("No previous step.");
}
}
}
考虑到SetupUCChain对象最多只能实例化一次，因此我在此引入了Singleton模式。
最后，由于在各自的安装方法中，需要将UserControl本身添加到主窗体Pannel控件的子控件中，我们还需要修改ISetupCommand的接口方法，从参数传入Pannel控件对象：
public interface ISetupCommand
{
void ExecuteSetup(Pannel pannel);
}
那么在各个UserControl对象中，需要在原有的安装方法实现中添加如下的代码：
panel.Controls.Add(this);
现在，对于btnPrevious和btnNext按钮的Click事件而言，逻辑就非常简单了：
public class SetupMainForm:System.Windows.Forms.Form
{
private System.Windows.Forms.Panel panBody;
private SetupUCChain m_chain = SetupUCChain.CreateSetupUCChain();
//中间代码略；
private void btnNext_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
try
{
m_chain.Next().ExecuteSetup(panBody);
}
catch (IndexOutOfRangeException ex)
{
MessageBox.Show(ex.Message);
}
}
private void btnPrevious_Click(object sender, System.EventArgs e)
{
try
{
m_chain.Previous().ExecuteSetup(panBody);
}
catch (IndexOutOfRangeException ex)
{
MessageBox.Show(ex.Message);
}
}
}
通过引入设计模式，运用职责分离的原理，我们将与安装有关的逻辑剥离出主窗体类定义，使得整个结构清晰简要，职责分明，且因为对可能存在的变化进行了封装，同时也具备了可扩展性，形成了结构之间的松散耦合。这样的完善设计的整个过程虽然会耗费我们项目开发的时间，然而付出的努力并没有付诸东流，改善后的结构才是健壮的、逻辑清楚的，同样也是优雅的设计。
