基于Python的23种经典设计模式实战(超全)!

科技   2024-08-04 22:17   浙江  

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当你凝视电脑屏幕,琢磨着如何实现新的程序功能时,你不仅在思考使用哪些数据和对象,更在思考如何以更优雅、更通用的方式实现这个程序。你在脑海中构思代码的功能及其交互,并勾画出整体解决方案,然后才会着手编写代码。

设计模式是什么?

设计模式在编程中越来越受到重视,它能满足对精致、简单且可重用的解决方案的需求。设计模式是项目和程序员之间重用面向对象代码的一种便捷方法。其理念很简单: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。

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,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)。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。

图:数据模型 – 视图 – 控制器框架

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。这一讨论的高潮是 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,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《Java Design Patterns: A Tutorial》和《C# Design Patterns: A Tutorial》。

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: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:帮助定义系统中对象之间的通信,并控制复杂程序的流程。

设计模式学习步骤

设计模式的学习分为接受、识别和领悟三个步骤。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。

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。例如:

class DButton(Button):
def__init__(self, master, **kwargs):
super().__init__(master,**kwargs)
super().config(command=self.comd)

# abstract method to be called by children 
defcomd(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。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,但当开始编写更复杂的程序时,对象组合的优势就变得明显。因此,建议优先使用对象组合而不是继承。

《Python设计模式实战》将讨论用 Python 编写 23 种经典设计模式,并至少为每种模式提供一个示例程序。

本书作者基于多年的编程和项目实践经验,系统地总结和优化了 Python 编程中可重用的解决方案,并加以分类编目,形成三大类可复用的 Python 设计模式。

本书第一部分介绍了Python 设计模式基础知识,包括面向对象编程(OOP)、Python 可视化编程及设计模式。第二部分创建型模式、第三部分结构型模式和第四部分行为型模式系统介绍了工厂模式、单例模式、生成器模式、原型模式、适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰器模式、外观模式、享元模式、代理模式、访问者模式等。为方便 Python 爱好者快速上手,本书还给出了使用场景、功能详解、程序示例,以及 Github 库中完整的示例程序及相关数据文件等。第五部分介绍了 Python 语法、函数、开发环境等 Python 基础知识,结合设计模式中的应用程序实践,帮助读者轻松学习 Python 语言。

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