命令模式撤销如何实现

命令模式（Command Pattern）的撤销（Undo）机制通过封装操作状态和维护操作历史栈实现，其核心是让每个命令对象具备执行与撤销的双向能力，以下是详细实现原理和步骤：

命令模式撤销的核心原理

1. 命令对象封装状态
   每个命令对象（Concrete Command）不仅包含执行操作（execute()），还包含撤销操作（undo()），执行时保存操作前的状态，撤销时利用这些状态恢复。

   public interface Command {
       void execute();  // 执行操作
       void undo();     // 撤销操作
   }

2. 历史记录栈（Command History）
   用一个栈（Stack）存储已执行的命令对象，撤销时弹出栈顶命令并调用其undo()方法。

   Stack<Command> historyStack = new Stack<>();

3. 反向操作逻辑

   

   • 直接反向：如加法命令的撤销是减法。
   • 状态快照：保存对象执行前的状态，撤销时还原（如文本编辑器的光标位置）。

撤销机制的实现步骤（以文本编辑器为例）

步骤1：定义命令接口

public interface Command {
    void execute();
    void undo();
}

步骤2：创建具体命令类（保存状态）

public class InsertTextCommand implements Command {
    private String text;          // 新增的文本
    private int position;         // 插入位置
    private TextEditor editor;    // 接收者对象
    public InsertTextCommand(TextEditor editor, String text, int position) {
        this.editor = editor;
        this.text = text;
        this.position = position;
    }
    @Override
    public void execute() {
        editor.insert(text, position); // 执行插入
    }
    @Override
    public void undo() {
        // 撤销：删除刚插入的文本（根据位置和长度）
        editor.delete(position, text.length());
    }
}

步骤3：维护历史记录栈

public class CommandInvoker {
    private Stack<Command> historyStack = new Stack<>();
    public void executeCommand(Command cmd) {
        cmd.execute();       // 执行命令
        historyStack.push(cmd); // 存入历史栈
    }
    public void undo() {
        if (!historyStack.isEmpty()) {
            Command cmd = historyStack.pop(); // 取出最近命令
            cmd.undo();      // 执行撤销
        }
    }
}

步骤4：客户端调用

TextEditor editor = new TextEditor();
CommandInvoker invoker = new CommandInvoker();
// 插入文本并执行
Command insertCmd = new InsertTextCommand(editor, "Hello", 0);
invoker.executeCommand(insertCmd);  // 文本变为 "Hello"
// 撤销操作
invoker.undo();  // 文本恢复为空

关键设计技巧

1. 原子化操作
   每个命令代表一个独立操作（如输入字符、删除段落），确保撤销粒度可控。

2. 复合命令（Macro Command）
   批量操作时，用组合模式封装多个命令，支持整体撤销：

   public class MacroCommand implements Command {
       private List<Command> commands = new ArrayList<>();
       public void add(Command cmd) {
           commands.add(cmd);
       }
       @Override
       public void execute() {
           commands.forEach(Command::execute);
       }
       @Override
       public void undo() {
           // 按反向顺序撤销
           for (int i = commands.size()-1; i >=0; i--) {
               commands.get(i).undo();
           }
       }
   }

3. 状态保存优化

   

   • 小数据：直接存储状态（如坐标、数值）。
   • 大数据：用备忘录模式（Memento）存储快照。

应用场景

• 文本编辑器：撤销/重做文本操作。
• 绘图软件：回退图形绘制步骤。
• 事务系统：回滚数据库操作（如SQL事务）。

优缺点分析

命令模式的撤销机制通过对象封装（命令独立管理状态）和栈结构（操作历史记录）实现，本质是“执行的反向操作”，设计时需注意：

1. 命令需实现对称的execute()/undo()；
2. 历史栈按顺序维护命令；
3. 根据场景选择状态存储策略（直接反向 vs 快照）。

引用说明参考自经典设计模式著作《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（Erich Gamma 等）及实践案例，符合软件工程的最佳实践标准。