一、创建类设计模式

前言

什么样的程序员是一个好的程序员？学会很多门编程语言，就是一个好的程序员了么？事实上，学会一门编程语言不是一件很难的事，而“学会”一门编程语言是非常难的一件事。前一个“会”强调“能”，懂语法，能写简单的程序就算是前者的“会”了；后一个“会”，强调“精”，显然，光能写出“Hello World”并不算是后者的“会”，能熟练应用，并用编程语言解决各种问题，才算是真正的“会”。

 

1、Python与设计模式--单例模式

总线是计算机各种功能部件或者设备之间传送数据、控制信号等信息的公共通信解决方案之一。现假设有如下场景：某中央处理器（CPU）通过某种协议总线与一个信号灯相连，信号灯有64种颜色可以设置，中央处理器上运行着三个线程，都可以对这个信号灯进行控制，并且可以独立设置该信号灯的颜色。抽象掉协议细节（用打印表示），如何实现线程对信号等的控制逻辑。

加线程锁进行控制，无疑是最先想到的方法，但各个线程对锁的控制，无疑加大了模块之间的耦合。下面，我们就用设计模式中的单例模式，来解决这个问题。

什么是单例模式？单例模式是指：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。具体到此例中，总线对象，就是一个单例，它仅有一个实例，各个线程对总线的访问只有一个全局访问点，即惟一的实例。

 

2、Python与设计模式--工厂类相关模式

想必大家一定见过类似于麦当劳自助点餐台一类的点餐系统吧。在一个大的触摸显示屏上，有三类可以选择的上餐品：汉堡等主餐、小食、饮料。当我们选择好自己需要的食物，支付完成后，订单就生成了。下面，我们用今天的主角--工厂模式--来生成这些食物的逻辑主体。

 

3、Python与设计模式--建造者模式

今天的例子，还是上一次谈到的快餐点餐系统。只不过，今天我们从订单的角度来构造这个系统。

 

4、Python与设计模式--原型模式

大家如果用过类似于Photoshop的平面设计软件，一定都知道图层的概念。图层概念的提出，使得设计、图形修改等操作更加便利。设计师既可以修改和绘制当前图像对象，又可以保留其它图像对象，逻辑清晰，且可以及时得到反馈。本节内容，将以图层为主角，介绍原型模式。

 

二、结构类设计模式

1、Python与设计模式--代理模式

代理模式是一种使用频率非常高的模式，在多个著名的开源软件和当前多个著名的互联网产品后台程序中都有所应用。下面我们用一个抽象化的简单例子，来说明代理模式。

 

2、Python与设计模式--装饰器模式

又提到了那个快餐点餐系统，不过今天我们只以其中的一个类作为主角：饮料类。

除了基本配置，快餐店卖可乐时，可以选择加冰，如果加冰的话，要在原价上加0.3元；卖牛奶时，可以选择加糖，如果加糖的话，要原价上加0.5元。怎么解决这样的问题？可以选择装饰器模式来解决这一类的问题。

 

3、Python与设计模式--适配器模式

假设某公司A与某公司B需要合作，公司A需要访问公司B的人员信息，但公司A与公司B协议接口不同，该如何处理？

 

4、Python与设计模式--门面模式

门面模式也叫外观模式，定义如下：要求一个子系统的外部与其内部的通信必须通过一个统一的对象进行。门面模式提供一个高层次的接口，使得子系统更易于使用。门面模式注重“统一的对象”，也就是提供一个访问子系统的接口。门面模式与之前说过的模板模式有类似的地方，都是对一些需要重复方法的封装。但从本质上来说，是不同的。模板模式是对类本身的方法的封装，其被封装的方法也可以单独使用；而门面模式，是对子系统的封装，其被封装的接口理论上是不会被单独提出来用的。

 

5、Python与设计模式--组合模式

组合模式也叫作部分-整体模式，其定义如下：将对象组合成树形结构以表示“部分”和“整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

 

6、Python与设计模式--享元模式

享元模式定义如下：使用共享对象支持大量细粒度对象。大量细粒度的对象的支持共享，可能会涉及这些对象的两类信息：内部状态信息和外部状态信息。内部状态信息就是可共享出来的信息，它们存储在享元对象内部，不会随着特定环境的改变而改变；外部状态信息就不可共享的信息了。享元模式中只包含内部状态信息，而不应该包含外部状态信息。这点在设计业务架构时，应该有所考虑。

 

7、Python与设计模式--桥梁模式

桥梁模式又叫桥接模式，定义如下：将抽象与实现解耦（注意此处的抽象和实现，并非抽象类和实现类的那种关系，而是一种角色的关系，这里需要好好区分一下），可以使其独立变化。在形如上例中，Pen只负责画，但没有形状，它终究是不知道要画什么的，所以我们把它叫做抽象化角色；而Shape是具体的形状，我们把它叫做实现化角色。抽象化角色和实现化角色是解耦的，这也就意味着，所谓的桥，就是抽象化角色的抽象类和实现化角色的抽象类之间的引用关系。

 

三、行为类设计模式

1、Python与设计模式--策略模式

假设某司维护着一些客户资料，需要在该司有新产品上市或者举行新活动时通知客户。现通知客户的方式有两种：短信通知、邮件通知。应如何设计该系统的客户通知部分？为解决该问题，我们先构造客户类，包括客户常用的联系方式和基本信息，同时也包括要发送的内容。

 

2、Python与设计模式--责任链模式

假设有这么一个请假系统：员工若想要请3天以内（包括3天的假），只需要直属经理批准就可以了；如果想请3-7天，不仅需要直属经理批准，部门经理需要最终批准；如果请假大于7天，不光要前两个经理批准，也需要总经理最终批准。类似的系统相信大家都遇到过，那么该如何实现呢？

 

3、Python与设计模式--命令模式

又是一个点餐系统（原谅作者的吃货属性）。不过这次的点餐系统是个饭店的点餐系统。饭店的点餐系统有什么不同嘛？大伙想想看，在大多数饭店中，当服务员已经接到顾客的点单，录入到系统中后，根据不同的菜品，会有不同的后台反应。比如，饭店有凉菜间、热菜间、主食间，那当服务员将菜品录入到系统中后，凉菜间会打印出顾客所点的凉菜条目，热菜间会打印出顾客所点的热菜条目，主食间会打印出主食条目。那这个系统的后台模式该如何设计？

 

4、Python与设计模式--中介者模式

有一个手机仓储管理系统，使用者有三方：销售、仓库管理员、采购。需求是：销售一旦达成订单，销售人员会通过系统的销售子系统部分通知仓储子系统，仓储子系统会将可出仓手机数量减少，同时通知采购管理子系统当前销售订单；仓储子系统的库存到达阈值以下，会通知销售子系统和采购子系统，并督促采购子系统采购；采购完成后，采购人员会把采购信息填入采购子系统，采购子系统会通知销售子系统采购完成，并通知仓库子系统增加库存。

从需求描述来看，每个子系统都和其它子系统有所交流，在设计系统时，如果直接在一个子系统中集成对另两个子系统的操作，一是耦合太大，二是不易扩展。为解决这类问题，我们需要引入一个新的角色-中介者-来将“网状结构”精简为“星形结构”。

 

5、Python与设计模式--模板模式

投资股票是种常见的理财方式，我国股民越来越多，实时查询股票的需求也越来越大。今天，我们通过一个简单的股票查询客户端来认识一种简单的设计模式：模板模式。

 

6、Python与设计模式--迭代器模式

今天的主角是迭代器模式。在python中，迭代器并不用举太多的例子，因为python中的迭代器应用实在太多了（不管是python还是其它很多的编程语言中，实际上迭代器都已经纳入到了常用的库或者包中）。而且在当前，也几乎没有人专门去开发一个迭代器，而是直接去使用list、string、set、dict等python可迭代对象，或者直接使用__iter__和next函数来实现迭代器。

 

7、Python与设计模式--访问者模式

假设一个药房，有一些大夫，一个药品划价员和一个药房管理员，它们通过一个药房管理系统组织工作流程。大夫开出药方后，药品划价员确定药品是否正常，价格是否正确；通过后药房管理员进行开药处理。该系统可以如何实现？最简单的想法，是分别用一个一个if…else…把划价员处理流程和药房管理流程实现，这样做的问题在于，扩展性不强，而且单一性不强，一旦有新药的加入或者划价流程、开药流程有些变动，会牵扯比较多的改动。今天介绍一种解决这类问题的模式：访问者模式。

 

8、Python与设计模式--观察者模式

在门面模式中，我们提到过火警报警器。在当时，我们关注的是通过封装减少代码重复。而今天，我们将从业务流程的实现角度，来再次实现该火警报警器。

 

9、Python与设计模式--解释器模式

要开发一个自动识别谱子的吉他模拟器，达到录入谱即可按照谱发声的效果。除了发声设备外（假设已完成），最重要的就是读谱和译谱能力了。分析其需求，整个过程大致上分可以分为两部分：根据规则翻译谱的内容；根据翻译的内容演奏。我们用一个解释器模型来完成这个功能。

 

10、Python与设计模式--备忘录模式

打过游戏的朋友一定知道，大多数游戏都有保存进度的功能，如果一局游戏下来，忘保存了进度，那么下次只能从上次进度点开始重新打了。一般情况下，保存进度是要存在可持久化存储器上，本例中先以保存在内存中来模拟实现该场景的情形。

 

11、Python与设计模式--状态模式

电梯在我们周边随处可见，电梯的控制逻辑中心是由电梯控制器实现的。电梯的控制逻辑，即使简单点设计，把状态分成开门状态，停止状态和运行状态，操作分成开门、关门、运行、停止，那流程也是很复杂的。首先，开门状态不能开门、运行、停止；停止状态不能关门，停止；运行状态不能开门、关门、运行。要用一个一个if…else…实现，首先代码混乱，不易维护；二是不易扩展。至于各种设计原则什么的……

那该如何实现？在上边的逻辑中，每个操作仅仅是一个操作，状态切换与操作是分离的，这也造成后来操作和状态“相互配合”的“手忙脚乱”。如果把状态抽象成一个类，每个状态为一个子类，每个状态实现什么操作，不实现什么操作，仅仅在这个类中具体实现就可以了。

 

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