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设计模式大全

article 2024/10/11 9:07:30

1. 策略模式

什么是策略模式？

策略模式（Strategy Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换。策略模式使得算法可以独立于使用它的客户端而变化。通过使用策略模式，可以在运行时选择不同的算法，而无需修改上下文代码。

策略模式的组成部分

策略模式主要由以下几个部分组成：

策略接口（Strategy Interface）：定义了所有支持的算法的公共接口。
具体策略（Concrete Strategy）：实现了策略接口的具体算法。
上下文（Context）：维护一个对策略对象的引用，并在需要时调用策略对象的方法。

策略模式的优点

开闭原则：可以在不修改现有代码的情况下引入新的算法，符合开闭原则（OCP）。
避免条件语句：通过使用策略模式，可以避免在客户端代码中使用大量的条件语句来选择不同的算法。
提高灵活性：可以在运行时选择不同的算法，提高了代码的灵活性和可扩展性。

策略模式的缺点

增加类的数量：每个具体策略都需要一个类，这可能会增加类的数量，导致代码复杂性增加。
客户端必须知道所有策略：客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略，这增加了客户端的复杂性。

策略模式的示例

假设我们有一个支付系统，支持多种支付方式（如信用卡支付、PayPal 支付和比特币支付）。我们可以使用策略模式来实现不同的支付方式。

在这里插入图片描述

from abc import ABC, abstractmethod


class PaymentStrategy(ABC):
    @abstractmethod
    def pay(self, amount):
        pass


class CreditCardPayment(PaymentStrategy):
    def __init__(self, card_number, card_expiry, card_cvv):
        self.card_number = card_number
        self.card_expiry = card_expiry
        self.card_cvv = card_cvv

    def pay(self, amount):
        print(f"Paying {amount} using Credit Card ending with {self.card_number[-4:]}")


class PayPalPayment(PaymentStrategy):
    def __init__(self, email):
        self.email = email

    def pay(self, amount):
        print(f"Paying {amount} using PayPal account {self.email}")


class BitcoinPayment(PaymentStrategy):
    def __init__(self, wallet_address):
        self.wallet_address = wallet_address

    def pay(self, amount):
        print(f"Paying {amount} using Bitcoin wallet {self.wallet_address}")


class PaymentContext:
    def __init__(self, strategy: PaymentStrategy):
        self.strategy = strategy

    def set_strategy(self, strategy: PaymentStrategy):
        self.strategy = strategy

    def pay(self, amount):
        self.strategy.pay(amount)


if __name__ == "__main__":
    # 使用信用卡支付
    credit_card_payment = CreditCardPayment("1234567890123456", "12/23", "123")
    context = PaymentContext(credit_card_payment)
    context.pay(100)

    # 切换到 PayPal 支付
    paypal_payment = PayPalPayment("user@example.com")
    context.set_strategy(paypal_payment)
    context.pay(200)

    # 切换到比特币支付
    bitcoin_payment = BitcoinPayment("1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa")
    context.set_strategy(bitcoin_payment)
    context.pay(300)
    
# 运行结果
# Paying 100 using Credit Card ending with 3456
# Paying 200 using PayPal account user@example.com
# Paying 300 using Bitcoin wallet 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa

2. 代理模式

什么是代理模式？

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理，以控制对这个对象的访问。代理模式可以用于延迟加载、访问控制、日志记录等场景。通过使用代理模式，可以在不修改原始对象的情况下，添加额外的功能或控制。

代理模式的组成部分

接口（Interface）：定义了代理类和实际类的公共接口。
实际类（Real Subject）：实现了接口，包含了实际的业务逻辑。
代理类（Proxy）：实现了接口，控制对实际类的访问，并可以在访问实际类之前或之后添加额外的功能。

代理模式的优点

控制访问：代理模式可以控制对实际对象的访问，例如通过权限控制来限制某些用户的访问。
延迟加载：代理模式可以延迟实际对象的创建和初始化，直到真正需要使用它时才进行加载，从而提高性能。
日志记录：代理模式可以在访问实际对象之前或之后添加日志记录功能，方便调试和监控。

代理模式的缺点

增加复杂性：代理模式引入了额外的代理类，增加了系统的复杂性。
性能开销：代理模式可能会增加额外的性能开销，特别是在代理类中添加了复杂的逻辑时。

代理模式的示例

假设我们有一个图像查看器应用程序，它可以加载和显示图像。为了提高性能，我们可以使用代理模式来延迟加载图像，直到真正需要显示图像时才进行加载。

在这里插入图片描述

from abc import ABC, abstractmethod


class Image(ABC):
    @abstractmethod
    def display(self):
        pass


class RealImage(Image):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        self.load_image_from_disk()

    def load_image_from_disk(self):
        print(f"Loading image {self.filename} from disk...")

    def display(self):
        print(f"Displaying image {self.filename}")


class ProxyImage(Image):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        self.real_image = None

    def display(self):
        if self.real_image is None:
            self.real_image = RealImage(self.filename)
        self.real_image.display()


if __name__ == "__main__":
    # 创建代理图像对象
    proxy_image = ProxyImage("test_image.jpg")

    # 图像尚未加载
    print("Image not loaded yet.")

    # 显示图像，触发图像加载
    proxy_image.display()

    # 再次显示图像，不会再次加载
    proxy_image.display()

# 运行结果：
# Image not loaded yet.
# Loading image test_image.jpg from disk...
# Displaying image test_image.jpg
# Displaying image test_image.jpg