设计模式面试题8：实现一个命令模式，支持撤销操作

命令模式，说白了就是把「请求」封装成一个对象。这样你就可以把请求排队、记录日志，或者——像我们今天要聊的——支持撤销操作。

我记得有一次面试，面试官让我在白板上写一个支持撤销的文本编辑器。我当时心想，这不就是命令模式的经典应用吗？结果一紧张，把命令的存储和撤销逻辑写反了。嗯，从那以后我对这个模式的理解就特别深。

什么是命令模式？

命令模式的核心思想很简单：把操作封装成对象。每个对象都知道自己做了什么，也知道怎么撤销。

你想想看，如果没有命令模式，你的撤销逻辑会写成什么样？

// 糟糕的设计
class TextEditor {
    std::string text;
    std::string lastText;  // 只保存上一次状态
public:
    void append(const std::string& s) {
        lastText = text;
        text += s;
    }
    void undo() {
        text = lastText;
    }
};

这有什么问题？只能撤销一次。而且如果操作是「删除」而不是「追加」，你连上一次状态都存不对。

命令模式的标准结构

我们先看一个干净的命令模式设计。它包含四个角色：

角色	说明
Command（命令接口）	声明 execute() 和 undo() 方法
ConcreteCommand（具体命令）	实现具体的操作和撤销逻辑
Receiver（接收者）	真正干活的对象（比如文本编辑器）
Invoker（调用者）	管理命令队列，触发执行和撤销

下面我用一个简单的文本编辑器来演示。这个编辑器支持「追加文本」和「删除文本」两种操作，并且都可以撤销。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>

// 接收者：文本编辑器
class TextEditor {
    std::string text;
public:
    void append(const std::string& s) {
        text += s;
    }
    void remove(size_t len) {
        if (len > text.size()) len = text.size();
        text.erase(text.size() - len);
    }
    const std::string& getText() const {
        return text;
    }
};

// 命令接口
class Command {
public:
    virtual ~Command() = default;
    virtual void execute() = 0;
    virtual void undo() = 0;
};

// 具体命令：追加文本
class AppendCommand : public Command {
    TextEditor& editor;
    std::string text;
public:
    AppendCommand(TextEditor& e, const std::string& t)
        : editor(e), text(t) {}
    void execute() override {
        editor.append(text);
    }
    void undo() override {
        editor.remove(text.size());
    }
};

// 具体命令：删除文本
class DeleteCommand : public Command {
    TextEditor& editor;
    size_t len;
    std::string deletedText;  // 保存被删的内容，用于撤销
public:
    DeleteCommand(TextEditor& e, size_t l)
        : editor(e), len(l) {}
    void execute() override {
        // 先保存被删的内容
        const std::string& current = editor.getText();
        size_t start = (current.size() > len) ? current.size() - len : 0;
        deletedText = current.substr(start);
        editor.remove(len);
    }
    void undo() override {
        editor.append(deletedText);
    }
};

// 调用者：管理命令历史
class CommandManager {
    std::vector<std::unique_ptr<Command>> history;
public:
    void executeCommand(std::unique_ptr<Command> cmd) {
        cmd->execute();
        history.push_back(std::move(cmd));
    }
    void undo() {
        if (history.empty()) return;
        history.back()->undo();
        history.pop_back();
    }
};

使用起来也很直观：

int main() {
    TextEditor editor;
    CommandManager manager;

    manager.executeCommand(
        std::make_unique<AppendCommand>(editor, "Hello "));
    manager.executeCommand(
        std::make_unique<AppendCommand>(editor, "World!"));
    std::cout << editor.getText() << "\n";  // Hello World!

    manager.undo();
    std::cout << editor.getText() << "\n";  // Hello 

    manager.executeCommand(
        std::make_unique<DeleteCommand>(editor, 3));
    std::cout << editor.getText() << "\n";  // He

    manager.undo();
    std::cout << editor.getText() << "\n";  // Hello 
}

撤销操作的核心设计要点

我个人习惯把撤销分为两种类型：

1. 状态恢复型：保存操作前的状态，撤销时恢复。适合小数据量的操作。
2. 反向操作型：记录操作的逆操作，撤销时执行逆操作。适合大数据量或复杂状态。

上面的例子用的是反向操作型。追加的逆操作是删除，删除的逆操作是追加。这样做的好处是：不需要复制整个文本状态，内存开销小。

命令模式与撤销的进阶话题

面试官通常不会只满足于「能撤销」。他们还会问：

• 如何支持多级撤销？ 用栈保存命令历史，每次 undo 弹出栈顶。
• 如何支持重做（redo）？ 再加一个栈，undo 时把命令压入 redo 栈。
• 如何限制历史记录大小？ 设置最大深度，超过时丢弃最旧的命令。
• 如何合并连续的同类型操作？ 比如用户连续输入字符，可以合并成一个命令。

我曾经在做一个绘图软件时，就遇到了「连续移动物体」的撤销问题。用户拖动物体时，每帧都会产生一个移动命令。如果每个帧都保存，undo 时就得一步步退回去，用户体验很差。后来我把连续移动合并成一个命令，只保存起点和终点，问题就解决了。

命令模式的适用场景

不是所有地方都需要命令模式。我个人觉得，以下场景特别适合：

• 需要记录操作历史（撤销/重做）
• 需要将操作排队或延迟执行
• 需要支持宏命令（组合多个命令）
• 需要将操作日志持久化（比如数据库的事务日志）

命令模式的核心逻辑图

下面这张图展示了命令模式在支持撤销时的完整流程：

这张图展示了命令模式的核心流程：

• 左侧：CommandManager 管理历史记录栈，执行命令时压栈，撤销时弹栈。
• 中间：具体命令（AppendCommand、DeleteCommand）实现了 execute() 和 undo()。
• 右侧：TextEditor 是真正的干活对象，命令只是委托它执行操作。

总结

命令模式实现撤销，说白了就是「把操作变成对象，每个对象都知道怎么反悔」。我个人觉得，这是设计模式中最实用的一种——你几乎在所有需要「后悔药」的地方都能用到它。

面试时，如果能把这个模式讲清楚，再结合一个实际的撤销例子，基本就能过关了。如果再能聊到「合并命令」「限制历史深度」这些进阶话题，那面试官对你的印象会更深。

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