設計模式與面向對象

本文轉載自查看原文 2019-02-14 13:33 618 算法/ python

一、設計模式

　　設計模式：對軟件設計中普遍存在（反復出現）的各種問題，所提出的解決方案。

　　每一個設計模式系統地命名、解釋和評價了面向對象系統中一個重要的和重復出現的設計。

　　設計模式的創始人，一般稱為“四人幫”（Gang of Four, GoF）：Erich Gamma,Richard Helm,Ralph Johnson,John Vlissides......他們編寫一套書來介紹23種設計模式：《設計模式：可復用面向對象軟件的基礎》。

二、面向對象回顧

　　設計模式是用來設計面向對象系統中的設計。不解決面向過程的問題。

1、面向對象的三大特性

　　封裝：把數據和函數封裝到一個類里，體現類內和類外。

　　繼承：由於有了封裝，需要通過繼承在類之間復用代碼。

　　多態：python本身是一門多態語言，因此不需去處理多態的問題。Java中則會區分虛類和普通類。

　　因此這三個特性是一個遞進的關系。

2、接口

　　接口：若干抽象方法的集合。

　　作用：限制實現接口類必須按照接口給定的調用方式實現這些方法；對高層模塊隱藏了類的內部實現。

# 方法一：繼承
# 存在的問題是：如果不調用pay方法並不會報錯
class Payment:
    def pay(self, money):
        raise NotImplementedError

class Alipay(Payment):
    pass

class WechatPay(Payment):
    pass

p = Alipay()
p.pay(100)


# 方法二：抽象類
# 約束子類必須實現抽象類：TypeError: Can't instantiate abstract class Alipay with abstract methods pay
from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Payment(metaclass=ABCMeta):
    # abstract class
    @abstractmethod
    def pay(self, money):   # 抽象方法
        pass

class Alipay(Payment):
    def pay(self, money):   # 實現Payment接口
        print('支付寶支付%d元' % money)

class WechatPay(Payment):
    def pay(self, money):   # 實現Payment接口
        print("微信支付%d元" % money)

p = Alipay()
p.pay(100)

　　不用去查看具體實現，只要去查看接口（抽象類）的結構和注釋，就可以了解需要傳遞的參數和pay方法的使用。

　　在寫底層模塊或者開源框架時需要大量應用設計模式，優化封裝，讓程序員在學習和使用時非常方便。

三、面向對象設計SOLID原則

　　不管是面向對象設計還是各個設計模式都需要遵循這五大原則。

開放封閉原則：一個軟件實體如類、模塊和函數應該對擴展開放，對修改關閉。即軟件實體應盡量在不修改原有代碼的情況下進行擴展。

里氏替換原則：所有引用父類的地方必須能透明地使用其子類的對象。（子類是特殊的父類，子類繼承父類時同樣方法的表現一致）

# 子類和父類的show_name內部實現和邏輯可能不同，但是參數和返回值是相同的
class User:
    def show_name(self):
        pass

class VIPUser(User):
    def show_name(self):
        pass

def show_user(u):  # u可以是普通用戶或VIP
    res = u.show_name()

依賴倒置原則：高層模塊不應該依賴低層模塊，二者都應該依賴其抽象；抽象不應該依賴細節；細節應該依賴抽象。換言之，要針對接口編程，而不是針對實現編程。

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Payment(metaclass=ABCMeta):  # 抽象
    # abstract class
    @abstractmethod
    def pay(self, money):   # 抽象方法
        pass

class Alipay(Payment):      # 細節
    def pay(self, money):   # 實現Payment接口
        print('支付寶支付%d元' % money)

class WechatPay(Payment):   # 細節
    def pay(self, money):   # 實現Payment接口
        print("微信支付%d元" % money)

接口隔離原則：使用多個專門的接口，而不使用單一的總接口，即客戶端不應該依賴那些它不需要的接口。

from abc import ABCMeta, abstractmethod

# (一)單一總接口的情況
# 子類必須實現所有抽象方法，但其實很多方法是子類不需要的
class Animal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def walk(self):
        pass

    @abstractmethod
    def swim(self):
        pass

    @abstractmethod
    def fly(self):
        pass

class Tiger(Animal): # Class Tiger must implement all abstract methods
    def walk(self):
        print("老虎走路")

# (二)多個接口隔離情況
class LandAnimal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def walk(self):
        pass

class WaterAnimal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def swim(self):
        pass

class SkyAnimal(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def fly(self):
        pass

class Tiger(LandAnimal):
    def walk(self):
        print("老虎走路")

class Frag(LandAnimal,WaterAnimal):  # 青蛙多繼承
    pass