设计模式是指在软件开发过程中，重复出现的问题的解决方案。它们是经过实践证明效果良好的代码架构和设计思想。在Python中，我们可以使用设计模式来提高代码的可读性、耦合度和复用性。本文将介绍两种常见的设计模式：策略模式和观察者模式，并提供相应的示例代码。
策略模式
策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列的算法，并将每个算法都封装起来，使它们可以互相替换。策略模式可以让算法的变化独立于使用算法的客户端。
在Python中，我们可以通过定义不同的策略类和一个上下文类来实现策略模式。策略类封装了不同的算法，而上下文类根据需要选择相应的策略进行执行。
下面是一个简单的策略模式示例，假设我们要实现一个计算器程序，可以进行加法、减法和乘法运算：
class Operation:
def calculate(self, num1, num2):
pass
class AddOperation(Operation):
def calculate(self, num1, num2):
return num1 + num2
class SubtractOperation(Operation):
def calculate(self, num1, num2):
return num1 - num2
class MultiplyOperation(Operation):
def calculate(self, num1, num2):
return num1 * num2
class Calculator:
def __init__(self, operation):
self.operation = operation
def set_operation(self, operation):
self.operation = operation
def calculate(self, num1, num2):
return self.operation.calculate(num1, num2)
calc = Calculator(AddOperation())
print(calc.calculate(5, 3)) # 输出：8
calc.set_operation(SubtractOperation())
print(calc.calculate(5, 3)) # 输出：2
calc.set_operation(MultiplyOperation())
print(calc.calculate(5, 3)) # 输出：15
在上面的示例中，我们定义了一个Operation抽象类，它定义了一个calculate方法，子类继承Operation抽象类并实现各自的calculate方法。Calculator类作为上下文类，通过set_operation方法设置不同的算法，然后调用calculate方法执行相应的算法。
观察者模式
观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象发生变化时，所有观察者对象都会收到通知并更新自己。
在Python中，我们可以使用内置的Observable和Observer类来实现观察者模式。Observable类代表主题对象，它维护了一个观察者列表，并提供了注册、撤销和通知观察者的方法。Observer类代表观察者对象，它定义了接收通知并执行相应操作的方法。
下面是一个简单的观察者模式示例，假设我们要实现一个天气预报系统，可以让多个观察者订阅天气变化的通知：
from abc import ABC, abstractmethod
class WeatherStation(ABC):
@abstractmethod
def register_observer(self, observer):
pass
@abstractmethod
def remove_observer(self, observer):
pass
@abstractmethod
def notify_observers(self):
pass
class WeatherData(WeatherStation):
def __init__(self):
self.observers = []
self.temperature = None
self.humidity = None
self.pressure = None
def register_observer(self, observer):
self.observers.append(observer)
def remove_observer(self, observer):
self.observers.remove(observer)
def notify_observers(self):
for observer in self.observers:
observer.update(self.temperature, self.humidity, self.pressure)
def set_measurements(self, temperature, humidity, pressure):
self.temperature = temperature
self.humidity = humidity
self.pressure = pressure
self.notify_observers()
class Observer(ABC):
@abstractmethod
def update(self, temperature, humidity, pressure):
pass
class CurrentConditionsDisplay(Observer):
def update(self, temperature, humidity, pressure):
print(f"Current conditions: temperature={temperature}, humidity={humidity}, pressure={pressure}")
weather_data = WeatherData()
current_conditions_display = CurrentConditionsDisplay()
weather_data.register_observer(current_conditions_display)
weather_data.set_measurements(25.5, 60, 1013.2)
# 输出：Current conditions: temperature=25.5, humidity=60, pressure=1013.2
weather_data.remove_observer(current_conditions_display)
weather_data.set_measurements(30.0, 55, 1012.5)
# 无输出
在上面的示例中，WeatherStation抽象类定义了注册观察者、撤销观察者和通知观察者的方法。WeatherData类作为主题对象，维护了一个观察者列表，并在数据改变时调用观察者的update方法进行通知。Observer抽象类定义了观察者对象的update方法，子类继承Observer抽象类并实现update方法。CurrentConditionsDisplay类作为观察者对象，实现了update方法用于处理通知。
总结：
本文介绍了Python中的两种常见设计模式：策略模式和观察者模式。通过策略模式，我们可以将算法的实现封装到不同的策略类中，使得算法可互相替换。通过观察者模式，我们可以实现一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象的变化。使用设计模式可以提高代码的可读性、耦合度和复用性。希望本文对你理解和运用设计模式有所帮助！
本文来自极简博客，作者：微笑向暖，转载请注明原文链接：Python中的设计模式实战：策略模式、观察者模式等
