文章目录

• Python与设计模式–前言
• • 一 什么是设计模式
  • 二 为什么要有设计模式
  • 三 有那些设计模式
  • • • 创建类设计模式（5种）
      • 结构类设计模式（7种）
      • 行为类设计模式（11种）
  • 四 设计模式与架构，框架的关系
  • • • 1 软件框架与设计模式的关系
      • 2 软件架构与设计模式的关系
• 1 单例模式
• • 一、总线
  • 二、单例模式
  • 三、单例模式的优点和应用
  • • • 单例模式的优点
      • 单例模式的应用举例
  • 四、单例模式的缺点
• 2 工厂类相关模式（占了两种）
• • 一、快餐点餐系统
  • 二、工厂模式、简单工厂模式、抽象工厂模式
  • 三、工厂模式的优点和应用
  • 四、工厂类模式的不足
• 3 建造者模式
• • 一、快餐点餐系统
  • 二、建造者模式
  • 三、建造者模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、建造者模式的缺点
• 4 原型模式
• • 一、图层
  • 二、原型模式
  • 三、原型模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、原型模式的缺点
• 5 代理模式
• • 一、 络服务器配置白名单
  • 二、代理模式
  • 三、代理模式的优点和应用场景
  • • • 优点:
      • 应用场景：
  • 四、代理模式的缺点
• 6 装饰器模式
• • 一、快餐点餐系统
  • 二、装饰器模式
  • 三、装饰器模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、装饰器模式的缺点
• 7 适配器模式
• • 一、外包人员系统兼容
  • 二、适配器模式
  • 三、适配器模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、适配器模式的缺点
• 8 门面模式
• • 一、火警 警器（1）
  • 二、门面模式
  • 三、门面模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、门面模式的缺点
• 9 组合模式
• • 一、公司结构组织
  • 二、组合模式
  • 三、组合模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、组合模式的缺点
• 10 享元模式
• • 一、 上咖啡选购平台
  • 二、享元模式
  • 三、享元模式的优点和使用场景
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、享元模式的缺点
• 11 桥梁模式
• • 一、画笔与形状
  • 二、桥梁模式
  • 三、桥梁模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、桥梁模式的缺点
• 12 策略模式
• • 一、客户消息通知
  • 二、策略模式
  • 三、策略模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、策略模式的缺点
• 13 责任链模式
• • 一、请假系统
  • 二、责任链模式
  • 三、责任链模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、责任链模式的缺点
• 14 命令模式
• • 一、饭店点餐系统
  • 二、命令模式
  • 三、命令模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、命令模式的缺点
• 15 中介者模式
• • 一、仓储管理系统
  • 二、中介者模式
  • 三、中介者模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、中介者模式的缺点
• 16 模板模式
• • 一、股票查询客户端
  • 二、模板模式
  • 三、模板模式的优点和应用
  • • • 优点：
      • 使用场景：
  • 四、模板模式的缺点
• 17 迭代器模式
• • 一、迭代器与生成器
  • 二、迭代器模式
• 18 访问者模式
• • 一、药房业务系统
  • 二、访问者模式
  • 三、访问者模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、访问者模式的缺点
• 19 观察者模式
• • 一、火警 警器
  • 二、观察者模式
  • 三、观察者模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、观察者模式的缺点
• 20 解释器模式
• • 一、模拟吉他
  • 二、解释器模式
  • 三、解释器模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、解释器模式的缺点
• 21 备忘录模式
• • 一、游戏进度保存
  • 二、备忘录模式
  • 三、备忘录模式应用场景
• 22 状态模式
• • 一、电梯控制器
  • • 二、状态模式
  • 三、状态模式的优点和应用场景
  • • • 优点：
      • 应用场景：
  • 四、状态模式的缺点
• 23 设计原则
• • 一 六大设计原则
  • • • 1、单一职责原则
      • 2、里氏替换原则
      • 3、依赖倒置原则
      • 4、接口隔离原则
      • 5、迪米特法则（最少知识原则）
      • 6、开闭原则
  • 二 遵循设计原则的好处
  • 三、设计原则与设计模式
  • • • 1、创建类设计模式与设计原则
      • 2、结构类设计模式与设计原则
      • 3、行为类设计模式与设计原则

Python与设计模式–前言

一 什么是设计模式

设计模式是面对各种问题进行提炼和抽象而形成的解决方案。这些设计方案是前人不断试验，考虑了封装性、复用性、效率、可修改、可移植等各种因素的高度总结。它不限于一种特定的语言，它是一种解决问题的思想和方法

二 为什么要有设计模式

公司人事会有变动，程序员也会成长。不管是哪种情况，代码非常有可能会被移交，即代码的编写者和维护者很有可能会是不同的人。那么代码的可读性就显得非常重要了。由于高级语言的出现，让机器读懂你的意图已经不是最主要的“矛盾”，而让人读懂你的意图才是最重要。按照设计模式编写的代码，其可读性也会大大提升，利于团队项目的继承和扩展

三 有那些设计模式

设计模式可以分为三个大类：创建类设计模式、结构类设计模式、行为类设计模式

创建类设计模式（5种）

单例模式、工厂模式（简单工厂模式、抽象工厂模式）、建造者模式、原型模式

结构类设计模式（7种）

代理模式、装饰器模式、适配器模式、门面模式、组合模式、享元模式、桥梁模式

行为类设计模式（11种）

策略模式、责任链模式、命令模式、中介者模式、模板模式、迭代器模式、访问者模式、观察者模式、解释器模式、备忘录模式、状态模式
设计模式也衍生出了很多的新的种类，不局限于这23种

四 设计模式与架构，框架的关系

1 软件框架与设计模式的关系

软件框架随着软件工程的发展而出现，所谓的软件框架，是提取了特定领域的软件的共性部分所形成的软件体系，它并不是一个成熟的软件，而更像是一个“半成品”，程序员在框架之上，可以很方便地某些特定领域实现又快又可靠的二次开发。
设计模式和软件框架在软件设计中是两个不同的研究领域：
A、设计模式如前边的定义所讲，它指的是针对一类问题的解决方法，一个设计模式可应用于不同的框架和被不同的语言所实现；而框架则是一个应用的体系结构，是一种或多种设计模式和代码的混合体；
B、设计模式相较于框架更容易移植，并且可以用各种语言实现，而软件框架则受限于领域大环境。虽然设计模式和软件框架有很多不同，但在某些方面他们二者是统一的，即重视软件复用，提高开发效率。

2 软件架构与设计模式的关系

软件架构是个比较大的概念，架构要考虑软件的整体结构、层次划分以及不同部分间的协作和交互等，架构的着眼点偏整体。
相比之下，框架和设计模式的范围则具体很多，框架着眼于领域内的解决方法，而设计模式则针对一类问题的解决方案和设计思路。
总体来说，软件架构可以由不同的框架和不同的设计模式，再加上特定的构件组合来实现；框架可以根据设计模式结合特定编程语言和环境来实现。设计模式就是解决单一问题的设计思路和解决方法。

1 单例模式

一、总线

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 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 灯相连，信 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 灯进行控制，并且可以独立设置该信 灯的颜色。
抽象掉协议细节（用打印表示），如何实现线程对信 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。
Python代码如下：

运行结果如下：

在程序运行过程中，三个线程同时运行（运行结果的前三行先很快打印出来），而后分别占用总线资源（后三行每隔3秒打印一行）。虽然看上去总线Bus被实例化了三次，但实际上在内存里只有一个实例。

二、单例模式

单例模式是所有设计模式中比较简单的一类，其定义如下：Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（保证某一个类只有一个实例，而且在全局只有一个访问点）

三、单例模式的优点和应用

单例模式的优点

1、由于单例模式要求在全局内只有一个实例，因而可以节省比较多的内存空间；
2、全局只有一个接入点，可以更好地进行数据同步控制，避免多重占用；3、单例可长驻内存，减少系统开销。

单例模式的应用举例

1、生成全局惟一的序列 ；
2、访问全局复用的惟一资源，如磁盘、总线等；
3、单个对象占用的资源过多，如数据库等；
4、系统全局统一管理，如Windows下的Task Manager；
5、 站计数器。

四、单例模式的缺点

1、单例模式的扩展是比较困难的；
2、赋于了单例以太多的职责，某种程度上违反单一职责原则（六大原则后面会讲到）;
3、单例模式是并发协作软件模块中需要最先完成的，因而其不利于测试；4、单例模式在某种情况下会导致“资源瓶颈”。

2 工厂类相关模式（占了两种）

一、快餐点餐系统

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。首先，来看主餐的生成（仅以两种汉堡为例）。

其次，是小食。（内容基本一致）