基于Python的23种经典设计模式实战

当你凝视电脑屏幕，琢磨着如何实现新的程序功能时，你不仅在想将使用哪些数据和哪些对象，更在想如何以更优雅、更通用的方式来实现这个程序。你在脑海中构思代码的功能以及代码之间的交互，并勾画出整体解决方案，然后才会着手编写代码。

最佳的整体解决方案应当具有高重用性和高可维护性，由此设计模式越来越受到重视，它能满足对精致、简单且可重用的解决方案的需求。设计模式这个词对于初学者来说听起来有点陌生，它是在项目和程序员之间重用面向对象代码的便捷方法。设计模式的理念很简单：程序员经常发现，将对象之间的常用交互记录下来并做好分类，对编程非常有帮助。

01、设计模式是什么？

早期编程框架的文献中经常引用的一种模式是 Smalltalk 的“数据模型 – 视图 – 控制器” 框架（Krasner 和 Pope，1988 年），它将用户界面分为数据模型（包含程序的计算部分）、视图（用户界面显示），以及控制器（用户和视图之间的交互控制），如下图所示。

图：数据模型 – 视图 – 控制器框架

用户界面的每个方面都是一个单独的对象，并且每个方面都有自己的数据管理准则。应该谨慎控制用户、GUI 和数据之间的通信，因此需要让三者的功能相互独立。

换句话说，设计模式描述了对象之间如何在不干扰彼此数据模型和方法的情况下进行通信。保持这种独立一直是面向对象编程的目标。

设计模式在 20 世纪 90 年代初期被 Erich Gamma 正式认可，他描述了 GUI 应用程序框架 ET++ 中包含的模式。这些讨论和一系列技术会议的高潮是 Gamma、Helm、Johnson 和Vlissides 编著的 Design Patterns: Elements of Reusable Software。这本畅销书对程序员产生了巨大的影响。它包含多种常见且通用的设计模式，以及如何和何时应用它们的注释。

后来也有许多类似的书籍出版，其中包括流行的 Java Design Patterns: A Tutorial 和 C# Design Patterns: A Tutorial。Rhodes 建立了一个 Phython 设计模式网站，该网站内容描述了Python 如何运用设计模式。

02、定义设计模式

设计模式是常用的算法，它描述了类之间的通信的简便方法。模式的探索过程称为模 式挖掘。Design Patterns: Elements of Reusable Software 中设计模式已被广泛应用，这些设计模式分为创建型模式、结构型模式和行为型模式三类。

• 创建型模式为用户创建对象，而不是让用户直接实例化对象。程序能够在给定情况 下灵活决定需要创建哪些对象。
• 结构型模式可帮助用户将若干对象组合成更大的结构，例如复杂的用户界面或费用 计算数据。
• 行为型模式可帮助定义系统中对象之间的通信，并控制复杂程序的流程。

03、设计模式学习步骤

设计模式的学习分为接受、识别和领悟。首先接受设计模式；然后识别设计模式以决 定何时可以使用该它们；最后领悟设计模式，以了解哪些模式可以帮助解决给定的设计问题。

04、面向对象方法说明

使用设计模式可保持类分离，并防止它们彼此“了解”太多。同等重要的是，使用设计模式可以借鉴其他程序员的经验，从而更简捷地描述编程方法。

面向对象的方法使用许多策略来实现类分离，其中包括封装和继承。几乎所有具有面 向对象功能的语言都支持继承。从父类继承的类可以访问该父类的所有方法，还可以访问父类所有变量。但是，通过一个完整的工作类开始继承层次结构，可能会过度限制程序的 功能。使用设计模式可对接口进行编程而不是对最终的实现方式进行编程。

更简捷地说，使用抽象类或接口来定义任何类的层次结构的顶层，不具体实现任何方 法，而是定义类将要支持的方法。Python 不直接支持接口，但它允许编写抽象类。例如 DButton 类的 comd 接口。

class DButton(Button): 
 def __init__(self, master, **kwargs): 
 super().__init__(master, **kwargs) 
 super().config(command=self.comd) 
 
 # abstract method to be called by children 
 def comd(self): pass

这是抽象类的一个很好的程序示例，在派生按钮（DButton）类中用户定义具体实现命 令的方法。它也是命令模式的一个程序示例。面向对象的另一个主要方法是对象组合，我们已经在 Statelist 程序示例中展示了这种方法。对象组合只是构建包含其他对象的对象—将多个对象封装在另一个对象中。初次学习面向对象的方法倾向于使用继承来解决所有问题，但是当开始编写更复杂的程序时，对象组合的优势就变得明显了。因此，建议优先使用对象组合而不是继承。