Python设计模式(1)

设计模式简介

设计模式是什么

设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践, 通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用. 设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案. 这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的.

设计模式是一套被反复使用的, 多数人知晓的, 经过分类编目的, 代码设计经验的总结. 使用设计模式是为了重用代码, 让代码更容易被他人理解, 保证代码可靠性. 毫无疑问, 设计模式于己于人于系统都是多赢的. 设计模式使代码编制真正工程化. 设计模式是软件工程的基石, 如同大厦的一块块砖石一样, 项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题. 每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应, 每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题, 以及该问题的核心解决方案, 这也是设计模式能被广泛应用的原因.

什么是GOF(四人帮, 全拼 Gang of Four)

在 1994 年, 由 Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software(中文译名: 设计模式 - 可复用的面向对象软件元素) 的书, 该书首次提到了软件开发中设计模式的概念.

四位作者合称 GOF(四人帮, 全拼 Gang of Four). 他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则:

对接口编程而不是对实现编程。
优先使用对象组合而不是继承。

设计模式的使用

设计模式在软件开发中的两个主要用途.

开发人员的共同平台

设计模式提供了一个标准的术语系统. 且具体到特定的情景. 例如, 单例设计模式意味着使用单个对象, 这样所有熟悉单例设计模式的开发人员都能使用单个对象, 并且可以通过这种方式告诉对方, 程序使用的是单例模式.

最佳的实践

设计模式已经经历了很长一段时间的发展, 它们提供了软件开发过程中面临的一般问题的最佳解决方案, 学习这些模式有助于经验不足的开发人员通过一种简单快捷的方式来学习软件设计.

设计模式的类型

设计模式的类型大致可以分为三大类: 创建型模式(Creational Patterns), 结构型模式(Structural Patterns), 行为型模式(Behavioral Patterns). 另外还要一些其他设计模式, 我们后续也会介绍到.

创建型模式(Creational Patterns)

这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式, 而不是使用 new 等运算符直接实例化对象. 这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活.

模式	描述
抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)	对特定工厂使用泛型函数
borg模式(Borg Pattern)	实例间状态共享的单例模式
建造者模式(Builder Pattern)	生成器对象接收参数并返回构造的对象，而不是使用多个构造函数
工厂模式(Factory Pattern)	委托专用函数/方法来创建实例
缓式评估模式(Lazy Evaluation Pattern)	Python中延迟计算的属性模式
对象池模式(Pool Pattern)	预实例化并维护一组相同类型的实例
原型模式(Prototype Pattern)	为新实例使用原型的工厂和克隆(如果实例化成本较高)
单例模式(Singleton Pattern)	确保只有单个对象被创建。

结构型模式(Structural Patterns)

这些设计模式关注类和对象的组合. 继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式.

模式	描述
三层架构(3-tier Architecture)	数据, 业务逻辑, 呈现分离(严格关系)
适配器模式(Adapter Pattern)	使一个接口适应另一个接口
桥接模式(Bridge Pattern)	提供抽象化和实现化之间的桥接结构，来实现二者的解耦
组合模式(Composite Pattern)	允许客户端统一处理各个对象和组合
装饰器模式(Decorator Pattern)	向一个现有的对象添加新的功能, 同时又不改变其结构
外观模式(Facade Pattern)	隐藏系统的复杂性, 并向客户端提供了一个客户端可以访问系统的接口
过滤器模式(Filter Pattern)	允许开发人员使用不同的标准来过滤一组对象
享元模式(Flyweight Pattern)	重用具有相似或相同状态的对象的现有实例
前端控制器(Front Controller)	进入应用程序的单个处理程序请求
MVC(Model View Controller)	模式, 视图, 控制分离(非严格关系)
代理模式(Proxy Pattern)	对象将操作传递给其他对象

行为型模式(Behavioral Patterns)

这些设计模式特别关注对象之间的通信.

模式	描述
责任链模式(Chain of Responsibility Pattern)	应用一系列链式的处理程序来处理数据
Catalog	根据构造参数调用不同的专用方法
方法链(Chain Method)	继续回调下一个对象方法
命令模式(Command Pattern)	捆绑命令和参数以供稍后调用
迭代器模式(Iterator Pattern)	遍历容器并访问容器的元素
中介者模式(Mediator Pattern)	知道如何连接其他对象并充当代理的对象
备忘录模式(Memento Pattern)	保存一个对象的某个状态, 以便在适当的时候恢复对象
观察者模式(Observer Pattern)	提供回调以通知数据的更改
发布/订阅模式(Publish/Subscribe Pattern)	比观察者模式多一个中间人
注册模式(Registry Pattern)	跟踪给定类的所有子类
规约模式(Specification Pattern)	通过使用布尔逻辑将业务规则链接在一起，可以重新组合业务规则
状态模式(State Pattern)	类的行为是基于它的状态改变的
策略模式(Strategy Pattern)	一个类的行为或其算法可以在运行时更改
模板模式(Template Pattern)	一个抽象类公开定义了执行它的方法的模板, 它的子类可以按需要重写方法实现
访问者模式(Visitor Pattern)	使用了一个访问者类, 它改变了元素类的执行算法

其它模式(Others)

模式	描述
依赖注入(Dependency Injection)	依赖项注入的3种变体
委托模式(Delegation Pattern)	对象通过委托给第二个对象来处理请求
黑板模式(Blackboard Pattern)	架构模型, 集合不同子系统知识构建解决方案, AI方法-非四人帮模式
Graph Search	绘图算法-非四人帮模式
hsm	分层状态机-非四人帮模式

设计模式的六大原则

1.开闭原则(Open Close Principle)
开闭原则的意思是：对扩展开放, 对修改关闭. 在程序需要进行拓展的时候, 不能去修改原有的代码, 实现一个热插拔的效果. 简言之, 是为了使程序的扩展性好, 易于维护和升级. 想要达到这样的效果, 我们需要使用接口和抽象类, 后面的具体设计中我们会提到这点.

2.里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)
里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一. 里氏代换原则中说, 任何基类可以出现的地方, 子类一定可以出现. LSP 是继承复用的基石, 只有当派生类可以替换掉基类, 且软件单位的功能不受到影响时, 基类才能真正被复用, 而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为. 里氏代换原则是对开闭原则的补充. 实现开闭原则的关键步骤就是抽象化, 而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现, 所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范.