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= Python设计模式 =

设计模式是解决软件设计中常见问题的可重用方案。它们不是可以直接转换为代码的完整解决方案，而是描述如何解决特定问题的模板或蓝图。在Python中，设计模式帮助开发者编写更清晰、更可维护和更高效的代码。

== 简介 ==
设计模式最初由“四人帮”（GoF）在《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书中提出，分为三大类：
* '''创建型模式'''：处理对象创建机制（如工厂模式、单例模式）。
* '''结构型模式'''：处理对象组合（如适配器模式、装饰器模式）。
* '''行为型模式'''：处理对象间的交互（如观察者模式、策略模式）。

Python的动态特性和简洁语法使其成为实现设计模式的理想语言。

== 常见设计模式及示例 ==

=== 1. 单例模式（Singleton） ===
单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

<syntaxhighlight lang="python">
class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

# 测试
singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()
print(singleton1 is singleton2)  # 输出: True
</syntaxhighlight>

'''应用场景'''：数据库连接池、日志记录器。

=== 2. 工厂模式（Factory） ===
工厂模式通过一个公共接口创建对象，而无需指定具体类。

<syntaxhighlight lang="python">
from abc import ABC, abstractmethod

class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

class AnimalFactory:
    @staticmethod
    def create_animal(animal_type):
        if animal_type == "dog":
            return Dog()
        elif animal_type == "cat":
            return Cat()
        else:
            raise ValueError("Unknown animal type")

# 测试
dog = AnimalFactory.create_animal("dog")
print(dog.speak())  # 输出: Woof!
</syntaxhighlight>

'''应用场景'''：动态对象创建（如插件系统）。

=== 3. 观察者模式（Observer） ===
观察者模式定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知。

<syntaxhighlight lang="python">
class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = []

    def attach(self, observer):
        self._observers.append(observer)

    def notify(self, message):
        for observer in self._observers:
            observer.update(message)

class Observer:
    def update(self, message):
        print(f"Received: {message}")

# 测试
subject = Subject()
observer1 = Observer()
observer2 = Observer()
subject.attach(observer1)
subject.attach(observer2)
subject.notify("Hello!")  # 输出: Received: Hello! (两次)
</syntaxhighlight>

'''应用场景'''：事件处理系统、GUI组件。

=== 4. 装饰器模式（Decorator） ===
装饰器模式动态地扩展对象的功能，而无需修改其类。

<syntaxhighlight lang="python">
class Coffee:
    def cost(self):
        return 5

class MilkDecorator:
    def __init__(self, coffee):
        self._coffee = coffee

    def cost(self):
        return self._coffee.cost() + 2

# 测试
simple_coffee = Coffee()
coffee_with_milk = MilkDecorator(simple_coffee)
print(coffee_with_milk.cost())  # 输出: 7
</syntaxhighlight>

'''应用场景'''：日志记录、权限检查。

== 设计模式的选择 ==
选择设计模式时需考虑：
* 问题是否匹配模式的意图。
* 代码可维护性与灵活性需求。
* Python特性（如鸭子类型可能替代某些模式）。

== 实际案例 ==
'''案例：电商订单系统'''
* 使用'''工厂模式'''创建不同支付方式（信用卡、PayPal）。
* 使用'''观察者模式'''通知用户订单状态变更。
* 使用'''装饰器模式'''为订单添加折扣或税费。

<mermaid>
classDiagram
    class Order {
        +items: List
        +add_item()
        +calculate_total()
    }
    class PaymentMethod {
        <<interface>>
        +pay(amount)
    }
    class CreditCard {
        +pay(amount)
    }
    class PayPal {
        +pay(amount)
    }
    Order --> PaymentMethod
    PaymentMethod <|-- CreditCard
    PaymentMethod <|-- PayPal
</mermaid>

== 总结 ==
设计模式是Python高级编程的核心工具之一。理解并合理运用它们可以显著提升代码质量。初学者应从单例、工厂等基础模式入手，逐步掌握更复杂的模式。

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