基于python的23种设计模式

以下是基于Python实现的23种设计模式及代码段和详细解释：

1. 工厂模式（Factory Pattern）

简介

工厂模式是一种创建型设计模式，它允许客户端代码通过工厂方法创建对象，而无需直接实例化对象。在工厂方法模式中，我们定义一个工厂方法来创建对象，而不是使用类的构造函数。

代码段

from abc import ABC, abstractmethod
 
class Product(ABC):
    """
    抽象产品类，定义所有具体产品的接口
    """
    @abstractmethod
    def operation(self) -> str:
        pass
 
class ConcreteProduct(Product):
    """
    具体产品类
    """
    def operation(self) -> str:
        return "ConcreteProduct"
 
class Creator(ABC):
    """
    抽象创建者类，声明工厂方法，返回一个产品类的实例
    """
    @abstractmethod
    def factory_method(self) -> Product:
        pass
 
    def some_operation(self) -> str:
        """
        可选：创建者还可以提供一些默认实现
        """
        product = self.factory_method()
        result = f"Creator: {product.operation()}"
        return result
 
class ConcreteCreator1(Creator):
    """
    具体创建者1，实现工厂方法以返回具体产品1的实例
    """
    def factory_method(self) -> Product:
        return ConcreteProduct()
 
class ConcreteCreator2(Creator):
    """
    具体创建者2，实现工厂方法以返回具体产品2的实例
    """
    def factory_method(self) -> Product:
        return ConcreteProduct()
 
def client_code(creator: Creator) -> None:
    """
    客户端代码只需要知道创建者的抽象类，无需关心具体实现类
    """
    print(f"Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.\n"
          f"{creator.some_operation()}", end="")
 
if __name__ == "__main__":
    print("App: Launched with the ConcreteCreator1.")
    client_code(ConcreteCreator1())

解释

该代码段演示了工厂模式，其中有一个抽象产品类和其具体实现类。还有一个抽象创建者类来声明工厂方法和可选的默认实现。具体创建类实现工厂方法以返回具体产品类的实例。客户端代码调用抽象创建者而不是具体创建子类。

2. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

简介

抽象工厂是一种创建型设计模式，它允许您创建一组相关的对象，而无需指定其具体类。抽象工厂定义了一个接口，用于创建相关的对象，而不指定具体类。

代码段

from abc import ABC, abstractmethod
 
class AbstractFactory(ABC):
    """
    抽象工厂类，声明所有产品创建方法。
    """
    @abstractmethod
    def create_product_a(self):
        pass
 
    @abstractmethod
    def create_product_b(self):
        pass
 
class ConcreteFactory1(AbstractFactory):
    """
    具体工厂1，生成一组具有相互依赖关系的产品。
    """
    def create_product_a(self):
        return ConcreteProductA1()
 
    def create_product_b(self):
        return ConcreteProductB1()
 
class ConcreteFactory2(AbstractFactory):
    """
    具体工厂2，生成一组具有相互依赖关系的产品。
    """
    def create_product_a(self):
        return ConcreteProductA2()
 
    def create_product_b(self):
        return ConcreteProductB2()
 
class AbstractProductA(ABC):
    """
    抽象产品A类，定义具体产品共有的方法
    """
    @abstractmethod
    def useful_function_a(self) -> str:
        pass
 
class AbstractProductB(ABC):
    """
    抽象产品B类，定义具体产品共有的方法
    """
    @abstractmethod
    def useful_function_b(self) -> None:
        pass
 
    @abstractmethod
    def another_useful_function_b(self, collaborator: AbstractProductA) -> None:
        pass
 
class ConcreteProductA1(AbstractProductA):
    """
    具体产品A1，实现抽象产品A类的接口
    """
    def useful_function_a(self) -> str:
        return "The result of the product A1."
 
class ConcreteProductA2(AbstractProductA):
    """
    具体产品A2，实现抽象产品A类的接口
    """
    def useful_function_a(self) -> str:
        return "The result of the product A2."
 
class ConcreteProductB1(AbstractProductB):
    """
    具体产品B1，实现抽象产品B类的接口
    """
    def useful_function_b(self) -> str:
        return "The result of the product B1."
 
    def another_useful_function_b(self, collaborator: AbstractProductA) -> str:
        """
        B1实现了与特定产品A相关的功能。
        """
        result = collaborator.useful_function_a()
        return f"The result of the B1 collaborating with the ({result})"
 
class ConcreteProductB2(AbstractProductB):
    """
    具体产品B2，实现抽象产品B类的接口
    """
    def useful_function_b(self) -> str:
        return "The result of the product B2."
 
    def another_useful_function_b(self, collaborator: AbstractProductA) -> str:
        """
        B2实现了与特定产品A相关的功能。
        """
        result = collaborator.useful_function_a()
        return f"The result of the B2 collaborating with the ({result})"
 
def client_code(factory: AbstractFactory) -> None:
    """
    客户端代码仅与抽象工厂及其产品接口一起使用。
    """
    product_a = factory.create_product_a()
    product_b = factory.create_product_b()
 
    print(f"{product_b.useful_function_b()}")
 
    print(f"{product_b.another_useful_function_b(product_a)}", end="")
 
if __name__ == "__main__":
    print("Client: Testing client code with the first factory type...")
    client_code(ConcreteFactory1())
 
    print("\n")
 
    print("Client: Testing the same client code with the second factory type...")
    client_code(ConcreteFactory2())

解释

该代码段演示了抽象工厂模式，其中有一个抽象工厂类和多个实现不同产品分类的具体工厂类。每个工厂类都实现了工厂方法来生产不同类型的产品。每个产品类实现了共同的抽象产品接口。客户端代码只与抽象工厂和产品接口一起使用，而不需要关心具体实现类。

3. 建造者模式（Builder Pattern）

简介

建造者模式是一种创建型设计模式，它允许您使用相同的构建代码生成不同类型和形式的对象。建造者模式的精髓在于将对象构建过程与其表示分离。

代码段

from abc import ABC, abstractmethod
from typing import Any
 
class Builder(ABC):
    """
    抽象建造者类，声明所有产品构建步骤。
    """
    @abstractmethod
    def produce_part_a(self) -> None:
        pass
 
    @abstractmethod
    def produce_part_b(self) -> None:
        pass
 
    @abstractmethod
    def produce_part_c(self) -> None:
        pass
 
    @abstractmethod
    def get_result(self) -> Any:
        pass
 
class ConcreteBuilder1(Builder):
    """
    具体建造者类1，实现所有产品构建方法，并返回最终结果。
    """
    def __init__(self) -> None:
        self.reset()
 
    def reset(self) -> None:
        self.product = Product1()
 
    def produce_part_a(self) -> None:
        self.product.add("PartA1")
 
    def produce_part_b(self) -> None:
        self.product.add("PartB1")
 
    def produce_part_c(self) -> None:
        self.product.add("PartC1")
 
    def get_result(self) -> Product1:
        result = self.product
        self.reset()
        return result
 
class ConcreteBuilder2(Builder):
    """
    具体建造者类2，实现所有产品构建方法，并返回最终结果。
    """
    def __init__(self) -> None:
        self.reset()
 
    def reset(self) -> None:
        self.product = Product2()
 
    def produce_part_a(self) -> None:
        self.product.add("PartA2")