Python 设计模式概述
设计模式（Design Patterns）是软件设计中常见的、可复用的问题解决方案，由 GoF（Gang of Four，四人组）在1994年的经典书籍《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中总结出23种模式。这些模式分为三大类：创建型（Creational）、结构型（Structural）和行为型（Behavioral）。
在 Python 中，由于语言的动态特性（如鸭子类型、装饰器、内置迭代器等），有些模式实现更简单，甚至某些模式（如迭代器、装饰器）已被语言内置。但掌握这些模式有助于写出更优雅、可维护的代码，尤其在大型项目中。
三大类设计模式列表
| 类别 | 模式名称（中文/英文） | 主要用途 |
|---|---|---|
| 创建型 (5种) | 单例模式 (Singleton) 工厂方法 (Factory Method) 抽象工厂 (Abstract Factory) 生成器 (Builder) 原型 (Prototype) | 处理对象创建方式，隐藏创建细节，提高灵活性。 |
| 结构型 (7种) | 适配器 (Adapter) 桥接 (Bridge) 组合 (Composite) 装饰器 (Decorator) 外观 (Facade) 享元 (Flyweight) 代理 (Proxy) | 处理类或对象的组合，简化结构，提高复用。 |
| 行为型 (11种) | 责任链 (Chain of Responsibility) 命令 (Command) 解释器 (Interpreter) 迭代器 (Iterator) 中介者 (Mediator) 备忘录 (Memento) 观察者 (Observer) 状态 (State) 策略 (Strategy) 模板方法 (Template Method) 访问者 (Visitor) | 处理对象间的交互和责任分配，提高解耦。 |
常见模式 Python 示例
下面挑选几个经典模式，提供简洁的 Python 实现示例（基于 Python 3+）。
- 单例模式 (Singleton)
确保一个类只有一个实例，常用于数据库连接、日志器等。
class Singleton:
_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance is None:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
# 使用
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2) # True- 工厂方法 (Factory Method)
定义创建接口，让子类决定实例化哪个类。
from abc import ABC, abstractmethod
class Product(ABC):
@abstractmethod
def operation(self):
pass
class ConcreteProductA(Product):
def operation(self):
return "Product A"
class ConcreteProductB(Product):
def operation(self):
return "Product B"
class Creator(ABC):
@abstractmethod
def factory_method(self):
pass
def some_operation(self):
product = self.factory_method()
return f"Creator: {product.operation()}"
class ConcreteCreatorA(Creator):
def factory_method(self):
return ConcreteProductA()
# 使用
creator = ConcreteCreatorA()
print(creator.some_operation()) # Creator: Product A- 观察者模式 (Observer)
一对多依赖，当主体变化时通知观察者（常用于事件系统）。
class Subject:
def __init__(self):
self._observers = []
def attach(self, observer):
self._observers.append(observer)
def notify(self):
for observer in self._observers:
observer.update(self)
class Observer:
def update(self, subject):
print(f"Observer notified: {subject}")
# 使用
subject = Subject()
observer = Observer()
subject.attach(observer)
subject.notify() # Observer notified: <__main__.Subject object at ...>- 装饰器模式 (Decorator)
动态添加职责（Python 有内置 @decorator 语法）。
def decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
print("Before call")
result = func(*args, **kwargs)
print("After call")
return result
return wrapper
@decorator
def greet(name):
return f"Hello, {name}!"
print(greet("World")) # Before/After + Hello, World!注意事项
- Python 的动态性使一些模式（如策略模式）可以用简单函数实现，而非类。
- 不要滥用模式：遵循 KISS（Keep It Simple, Stupid）和 YAGNI（You Aren’t Gonna Need It）原则。
- 推荐资源：
- Refactoring Guru（中文版）：https://refactoringguru.cn/design-patterns/python （详细代码示例）。
- GitHub 项目：faif/python-patterns（经典实现集合）。
- 书籍：《Mastering Python Design Patterns》或 GoF 原书结合 Python 示例。
如果需要某个具体模式的详细解释、更多代码或应用场景，请告诉我！
