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设计模式及Python实现

时间：2017-11-18 14:21:48      阅读：189      评论：0      收藏：0      [点我收藏+]

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设计模式是什么？

Christopher Alexander：“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动。”

设计模式是经过总结、优化的，对我们经常会碰到的一些编程问题的可重用解决方案。一个设计模式并不像一个类或一个库那样能够直接作用于我们的代码。反之，设计模式更为高级，它是一种必须在特定情形下实现的一种方法模板。设计模式不会绑定具体的编程语言。一个好的设计模式应该能够用大部分编程语言实现(如果做不到全部的话，具体取决于语言特性)。最为重要的是，设计模式也是一把双刃剑，如果设计模式被用在不恰当的情形下将会造成灾难，进而带来无穷的麻烦。然而如果设计模式在正确的时间被用在正确地地方，它将是你的救星。

起初，你会认为“模式”就是为了解决一类特定问题而特别想出来的明智之举。说的没错，看起来的确是通过很多人一起工作，从不同的角度看待问题进而形成的一个最通用、最灵活的解决方案。也许这些问题你曾经见过或是曾经解决过，但是你的解决方案很可能没有模式这么完备。

虽然被称为“设计模式”，但是它们同“设计“领域并非紧密联系。设计模式同传统意义上的分析、设计与实现不同，事实上设计模式将一个完整的理念根植于程序中，所以它可能出现在分析阶段或是更高层的设计阶段。很有趣的是因为设计模式的具体体现是程序代码，因此可能会让你认为它不会在具体实现阶段之前出现(事实上在进入具体实现阶段之前你都没有意识到正在使用具体的设计模式)。

可以通过程序设计的基本概念来理解模式：增加一个抽象层。抽象一个事物就是隔离任何具体细节，这么做的目的是为了将那些不变的核心部分从其他细节中分离出来。当你发现你程序中的某些部分经常因为某些原因改动，而你不想让这些改动的部分引发其他部分的改动，这时候你就需要思考那些不会变动的设计方法了。这么做不仅会使代码可维护性更高，而且会让代码更易于理解，从而降低开发成本。

三种最基本的设计模式：

  1. 创建模式，提供实例化的方法，为适合的状况提供相应的对象创建方法。
  2. 结构化模式，通常用来处理实体之间的关系，使得这些实体能够更好地协同工作。
  3. 行为模式，用于在不同的实体建进行通信，为实体之间的通信提供更容易，更灵活的通信方法。

设计模式六大原则

  • 开闭原则：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展。
  • 里氏（Liskov）替换原则：所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。
  • 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节；细节应该依赖抽象。换言之，要针对接口编程，而不是针对实现编程。
  • 接口隔离原则：使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，即客户端不应该依赖那些它不需要的接口。
  • 迪米特法则：一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用。
  • 单一职责原则：不要存在多于一个导致类变更的原因。通俗的说，即一个类只负责一项职责。 

接口

接口：一种特殊的类，声明了若干方法，要求继承该接口的类必须实现这些方法。
作用：限制继承接口的类的方法的名称及调用方式；隐藏了类的内部实现。

接口就是一种抽象的基类（父类），限制继承它的类必须实现接口中定义的某些方法。

Python中使用ABCMeta、abstractmethod的抽象类、抽象方法来实现接口的功能。接口类定义方法，不具体实现，限制子类必须有该方法。在接口子类中实现具体的功能。

# 通过抽象类和抽象方法，做抽象用
from abc import ABCMeta
from abc import abstractmethod  # 导入抽象方法

class Father(metaclass=ABCMeta):  # 创建抽象类
    
    @abstractmethod
    def f1(self):
        pass

    @abstractmethod
    def f2(self):
        pass

class F1(Father):
    def f1(self):
        pass

    def f2(self):
        pass

    def f3(self):
        pass

obj = F1()
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class Interface:
    def method(self, arg):
        raise NotImplementedError
报错定义接口

创建型模式

1. 简单工厂模式

内容：不直接向客户端暴露对象创建的实现细节，而是通过一个工厂类来负责创建产品类的实例。

角色：

  • 工厂角色（Creator）
  • 抽象产品角色（Product）
  • 具体产品角色（Concrete Product）

优点：

  • 隐藏了对象创建的实现细节
  • 客户端不需要修改代码

缺点：

  • 违反了单一职责原则，将创建逻辑几种到一个工厂类里
  • 当添加新产品时，需要修改工厂类代码，违反了开闭原则
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from abc import abstractmethod, ABCMeta


class Payment(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def pay(self, money):
        pass


class Alipay(Payment):
    def __init__(self, enable_yuebao=False):
        self.enable_yuebao = enable_yuebao

    def pay(self, money):
        if self.enable_yuebao:
            print("余额宝支付%s元" % money)
        else:
            print("支付宝支付%s元" % money)


class ApplePay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("苹果支付%s元" % money)


class PaymentFactory:
    def create_payment(self, method):
        if method == "alipay":
            return Alipay()
        elif method == ‘yuebao‘:
            return Alipay(enable_yuebao=True)
        elif method == "applepay":
            return ApplePay()
        else:
            raise NameError(method)


f = PaymentFactory()
p = f.create_payment("yuebao")
p.pay(100)
PaymentFactory简单工厂

2. 工厂方法模式

内容：定义一个用于创建对象的接口（工厂接口），让子类决定实例化哪一个产品类。

角色：

  • 抽象工厂角色（Creator）
  • 具体工厂角色（Concrete Creator）
  • 抽象产品角色（Product）
  • 具体产品角色（Concrete Product）

工厂方法模式相比简单工厂模式将每个具体产品都对应了一个具体工厂。

适用场景：

  • 需要生产多种、大量复杂对象的时候。
  • 需要降低耦合度的时候。
  • 当系统中的产品种类需要经常扩展的时候。

优点：

  • 每个具体产品都对应一个具体工厂类，不需要修改工厂类代码
  • 隐藏了对象创建的实现细节

缺点：

  • 每增加一个具体产品类，就必须增加一个相应的具体工厂类

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from abc import abstractmethod, ABCMeta


class Payment(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def pay(self, money):
        pass


class Alipay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("支付宝支付%s元" % money)


class ApplePay(Payment):
    def pay(self, money):
        print("苹果支付%s元" % money)


class PaymentFactory(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def create_payment(self):
        pass


class AlipayFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return Alipay()


class ApplePayFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return ApplePay()


af = AlipayFactory()
ali = af.create_payment()
ali.pay(120)
工厂方法

 3. 抽象工厂方法

内容：定义一个工厂类接口，让工厂子类来创建一系列相关或相互依赖的对象。
例：生产一部手机，需要手机壳、CPU、操作系统三类对象进行组装，其中每类对象都有不同的种类。对每个具体工厂，分别生产一部手机所需要的三个对象。
角色：

  • 抽象工厂角色（Creator）
  • 具体工厂角色（Concrete Creator）
  • 抽象产品角色（Product）
  • 具体产品角色（Concrete Product）
  • 客户端（Client）

相比工厂方法模式，抽象工厂模式中的每个具体工厂都生产一套产品。
适用场景：

  • 系统要独立于产品的创建与组合时
  • 强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时
  • 提供一个产品类库，想隐藏产品的具体实现时

优点：

  • 将客户端与类的具体实现相分离
  • 每个工厂创建了一个完整的产品系列，使得易于交换产品系列
  • 有利于产品的一致性（即产品之间的约束关系）

缺点：

  • 难以支持新种类的（抽象）产品

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from abc import abstractmethod, ABCMeta


# ------抽象产品------
class PhoneShell(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def show_shell(self):
        pass


class CPU(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def show_cpu(self):
        pass


class OS(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def show_os(self):
        pass


# ------抽象工厂------

class PhoneFactory(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def make_shell(self):
        pass

    @abstractmethod
    def make_cpu(self):
        pass

    @abstractmethod
    def make_os(self):
        pass


# ------具体产品------

class SmallShell(PhoneShell):
    def show_shell(self):
        print("普通手机小手机壳")


class BigShell(PhoneShell):
    def show_shell(self):
        print("普通手机大手机壳")


class AppleShell(PhoneShell):
    def show_shell(self):
        print("苹果手机壳")


class SnapDragonCPU(CPU):
    def show_cpu(self):
        print("骁龙CPU")


class MediaTekCPU(CPU):
    def show_cpu(self):
        print("联发科CPU")


class AppleCPU(CPU):
    def show_cpu(self):
        print("苹果CPU")


class Android(OS):
    def show_os(self):
        print("Android系统")


class IOS(OS):
    def show_os(self):
        print("iOS系统")


# ------具体工厂------

class MiFactory(PhoneFactory):
    def make_cpu(self):
        return SnapDragonCPU()

    def make_os(self):
        return Android()

    def make_shell(self):
        return BigShell()


class HuaweiFactory(PhoneFactory):
    def make_cpu(self):
        return MediaTekCPU()

    def make_os(self):
        return Android()

    def make_shell(self):
        return SmallShell()


class IPhoneFactory(PhoneFactory):
    def make_cpu(self):
        return AppleCPU()

    def make_os(self):
        return IOS()

    def make_shell(self):
        return AppleShell()


# ------客户端------

class Phone:
    def __init__(self, cpu, os, shell):
        self.cpu = cpu
        self.os = os
        self.shell = shell

    def show_info(self):
        print("手机信息:")
        self.cpu.show_cpu()
        self.os.show_os()
        self.shell.show_shell()


def make_phone(factory):
    cpu = factory.make_cpu()
    os = factory.make_os()
    shell = factory.make_shell()
    return Phone(cpu, os, shell)


p1 = make_phone(HuaweiFactory())
p1.show_info()
抽象工厂

 

设计模式及Python实现

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原文地址：http://www.cnblogs.com/maple-shaw/p/7856498.html
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