Python面经【9】- Python设计模式专题-下卷

本文主要是介绍Python面经【9】- Python设计模式专题-下卷，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

三、 工厂模式

工厂模式是最常用的设计模式之一，这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
概念：创建一个对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类。工厂模式让类的实例化推迟到子类中进行。
主要解决：主要解决接口选择的问题
何时使用：我们明确计划不同条件下创建不同实例时。

在工厂设计模式中，客户端可以请求一个对象，而无需知道这个对象来自哪里；也就是，使用哪个类来生成这个对象。工厂背后的思想是简化对象的创建。与客户端自己基于实例化直接创建对象相比，基于一个中心化函数来实现，更易于追踪创建了那些对象。
通过将创建对象的代码和使用对象的代码解耦，工厂能够降低应用维护的复杂度。
工厂方法创建对象时，我们并没有与某个特定类耦合/绑定一起，而只是通过调用某个函数来提供关于我们想要什么的部分信息。这意味着修改这个函数比较容易，不需要同时修改使用这个函数的代码。

工厂通常有三种形式：
(1) 简单工厂：简单工厂并不是一个真正的设计模式，更像是一种编程习惯，它通过一个单独的类来创建实例，这个类通常包含一个静态方法，根据对不同的输入参数返回不同的对象；
(2) 工厂方法：工厂方式模式通过定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。这种模式使一个类的实例化延迟到其子类。
(3) 抽象工厂：它是一组用于创建一系列相关事物对象的工厂方法。

1. 简单工厂：【静态方法】

统一使用一个类作为对外接口，根据参数的不同，去选择实例化不同的类。

1. """2. 两个产品(两种类型的书)3. """4. class TechnicalBooks(object):5.     """技术书籍"""7.     def publish(self):8.         return "Python-Book"9.  
10. class LiteraryBooks(object):
11.     """文学书籍"""
12.  
13.     def publish(self):
14.         return "Black Hole Book"
15.  
16. # 现在我们有两种类型的书，分别是TechnicalBooks和LiteraryBooks的书
17. # 按照我们平常的方法来实例化的话，此时创建对象时是会对客户端暴露真正创建的类
18. it_books = TechnicalBooks()
19. ly_books = LiteraryBooks()
20.  
21. # 这时我们就可以构造一个"简单工厂"把所有实例化的过程封装在里面，把真正实例的类隐藏起来
22. class SimpleFactory(object):
23.     """简单工厂"""
24.     @staticmethod
25.     def publish_book(name):
26.         if name == 'technical':
27.             return TechnicalBooks()
28.         elif name == 'literary':
29.             return LiteraryBooks()
30.  # 通过类调用：class_name.fun_name()
31. it_books2 = SimpleFactory.publish_book('technical')
32. ly_books2 = SimpleFactory.publish_book('literary')

简单工厂的好处在于，把不同的类实例化统一到一个“工厂”，即不对外暴露真正的创建类，也提供了一个对外的统一接口。但是简单模式有一个缺点，那就是违背了soild的“开闭原则”，加入我们还需要增加一种书籍，那就必须要对简单工厂SimpleFactory进行源码的修改。
简单工厂的使用场景：

• 已经确定有多少具体的类，不会再增加的情况下使用。

2. 工厂方法

上面的简单工厂我们知道了，如果新增一些类型的时候会违背软件设计中的开闭原则，但是我们希望再扩展新类时，不要修改原来的代码，这个时候我们可以在简单工厂的基础上把SimpleFactory抽象成不同的工厂，每个工厂对应生成自己的产品，这就是工厂方法。

1. """2. 两个产品(两种类型的书)3. """4. from abc import ABC, abstractmethod5. # 真正进行实例化的类6. class TechnicalBooks(object):7.     """技术书籍"""8.     def publish(self):9.         return "Python-Book"
10.  
11. class LiteraryBooks(object):
12.     """文学书籍"""
13.     def publish(self):
14.         return "Black Hole Book"
15.  
16. # 抽象工厂：先定义抽象类，然后每种类型的书籍都有自己对于的工厂
17. class AbstractFactory(metaclass=abc.ABCMeta):
18.     """抽象工厂"""
19.     @abstractmethod
20.     def publish_book(self):
21.         pass
22.  
23. class TechnicalFactory(AbstractFactory):
24.     """技术书籍工厂"""
25. 
26.     def publish_book(self):
27.         return TechnicalBooks()
28.  
29. class LiteraryFactory(AbstractFactory):
30.     """文学书籍工厂"""
31.  
32.     def publish_book(self):
33.         return LiteraryBooks()
34.  
35. it_books2 = TechnicalFactory().publish_book()   
36. ly_books2 = LiteraryFactory().publish_book()    # 如果通过类调用是不带括号的# 该代码带括号等价于先创建实例然后通过实例调用方法

这样每个工厂就只负责生产自己的产品，避免了在新增产品时需要修改工厂的代码，遵循了“开闭原则”，如果需要新增产品时，只需要增加相应的工厂即可。
比如要增加一种小说类型的书籍，只需增加一个NovelBooks类和NovelFactory类。
工厂方法的使用场景：

• 当系统中拥有的子类很多，并且以后可能还需要不断拓展增加不同的子类时。
• 当设计系统时，还不明确具体有那些类时。

在工厂方法中，使用者不需要知道具体的产品类名，只需要知道其对应的工厂即可。

3. 抽象工厂

工厂方法解决了“开闭原则”的问题，但是我们出版书籍之前肯定还有其他的步骤，比如印刷。如果要每一个步骤我们就要写一个对应的工厂类，那我们就会需要创建很多多多的类了。为了解决这个问题，我们就需要抽象工厂类，让一个工厂可以生产同一类的多个产品或多个动作(步骤)，这就是抽象工厂。

1. """2. 两个产品(两种类型的书)3. """4. import abc5.  6. # 印刷书籍7. class PrintingTechnicalBooks(object):8.     """印刷技术书籍"""9.     def printing(self):
10.         return "Print-Python-Book"
11.  
12. class PrintingLiteraryBooks(object):
13.     """印刷文学书籍"""
14.     def printing(self):
15.         return "Print Black Hole Book"
16.  
17. # 出版书籍
18. class TechnicalBooks(object):
19.     """出版技术书籍"""
20.     def publish(self):
21.         return "Python-Book"
22.  
23. class LiteraryBooks(object):
24.     """出版文学书籍"""
25.     def publish(self):
26.         return "Black Hole Book"
27.  
28. # 抽象工厂：先定义抽象类，然后每种类型的书籍都有自己对于的工厂
29. class AbstractFactory(metaclass=abc.ABCMeta):
30.     """抽象工厂"""
31.  
32.     @abc.abstractmethod
33.     def print_book(self):
34.         pass
35.  
36.     @abc.abstractmethod
37.     def publish_book(self):
38.         pass
39.  
40. class TechnicalFactory(AbstractFactory):
41.     """技术书籍工厂"""
42.  
43.     def print_book(self):
44.         return PrintingTechnicalBooks()
45.  
46.     def publish_book(self):
47.         return TechnicalBooks()
48.  
49. class LiteraryFactory(AbstractFactory):
50.     """文学书籍工厂"""
51.     def print_book(self):
52.         return PrintingLiteraryBooks()
53.  
54.     def publish_book(self):
55.         return LiteraryBooks()
56.  
58. # 实例化工厂对象
59. it = TechnicalFactory()
60. ly = LiteraryFactory()
61.  
62. # 印刷书籍
63. it_print = it.print_book()
64. ly_print = ly.print_book()
65. # 出版书籍
66. it_publish = it.publish_book()
67. ly_publish = ly.publish_book()

• 抽象工厂模式与工厂方法模式的区别：
  • 抽象工厂中的一个工厂对象可以负责多个不同产品对象的创建。
• 抽象工厂的使用场景：
  • 当多个产品(步骤)集合在一起，组成产品族时
  • 对应一个产品族时，如果只想显示接口而不是实现时。

四、 建造者模式

将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示，建造者模式将所有细节都交由子类实现。需求：画人物，要求画一个人的左手、右手、左脚、右脚和身体，画一个瘦子和一个胖子。

1. 不使用设计模式

1. if __name__=='__name__':2.     print '画左手'3.     print '画右手'4.     print '画左脚'5.     print '画右脚'6.     print '画胖身体'7.  8.     print '画左手'9.     print '画右手'
10.     print '画左脚'
11.     print '画右脚'
12.     print '画瘦身体'

这样写的缺点每画一个人，都要画他的5个部位，这些部位有一些是可以重用的，所以调用起来会比较繁琐，而且客户调用的时候可能会忘记画其中一个部分，所以容易出错。
建造一个抽象的类Builder，声明画他的五个部位的方法，每画一种人，就新建一个继承Builder的类，这样新建的类就必须实现Builder的所有方法，这里主要运用了抽象方法的特性，父类定义了几个抽象的方法，子类必须要实现这些方法，否则就报错，这里解决了会漏画一个部位的问题。建造一个指挥者类Director，输入一个Builder的方法，定义一个draw的方法，把画这五个部位的方法调用都放在里面，这样调用起来就不会繁琐了。

• Python本身不提供抽象类和接口机制，要想实现抽象类，可以借助abc模块。Abc模块是Abstract Base Class的缩写。
• 被@abstractmethod装饰为抽象方法后，该方法不能被实例化；除非子类实现了基类的抽象方法，所以能实例化。

2. 使用设计模式

1. #encodig=utf-82. from abc import ABCMeta, abstractmethod3. class Builder():4.     __metaclass__ = ABCMeta5.     6.     @abstractmethod7.     def draw_left_arm(self):8.         pass9.
10.     @abstractmethod
11.     def draw_right_arm(self):
12.         pass
13.     
14.     @abstractmethod
15.     def draw_left_foot(self):
16.         pass
17.     
18.     @abstractmethod
19.     def draw_right_foot(self):
20.         pass
21.     
22.     @abstractmethod
23.     def draw_body(self):
24.         pass
25.     
26. class Thin(Builder): # 继承抽象类，必须实现其中定义的方法
27.     def draw_left_arm(self):
28.         print('画瘦子左手')
29.     
30.     def draw_right_arm(self):
31.         print('画瘦子右手')
32.     
33.     def draw_left_foot(self):
34.         print('画瘦子左脚')
35.     
36.     def draw_right_foot(self):
37.         print('画瘦子右脚')
38.     
39.     def draw_body(self):
40.         print('画瘦子身体')
41.         
42. class Fat(Builder): # 继承抽象类，必须实现其中定义的方法
43.     def draw_left_arm(self):
44.         print('画胖子左手')
45.     
46.     def draw_right_arm(self):
47.         print('画胖子右手')
48.     
49.     def draw_left_foot(self):
50.         print('画胖子左脚')
51.     
52.     def draw_right_foot(self):
53.         print('画胖子右脚')
54.     
55.     def draw_body(self):
56.         print('画胖子的身体')
57.         
58. class Director():
59.     def __init__(self, person):
60.         self.person = person
61.         
62.     def draw(self):
63.         self.person.draw_left_arm()
64.         self.person.draw_right_arm()
65.         self.person.draw_left_foot()
66.         self.person.draw_left_foot()
67.         self.person.draw_body()
68.         
69. if __name__ == '__main__':
70.     thin = Thin()
71.     fat = Fat()
72.     director_thin = Director(thin)
73.     director_thin.draw()
74.     director_fat = Director(fat)
75.     director_fat.draw()

建造者模式用于将一个复杂的对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

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