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设计模式大全

news 2025/8/18 8:54:09

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, abstractmethodclass PaymentStrategy(ABC):@abstractmethoddef pay(self, amount):passclass CreditCardPayment(PaymentStrategy):def __init__(self, card_number, card_expiry, card_cvv):self.card_number = card_numberself.card_expiry = card_expiryself.card_cvv = card_cvvdef 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 = emaildef pay(self, amount):print(f"Paying {amount} using PayPal account {self.email}")class BitcoinPayment(PaymentStrategy):def __init__(self, wallet_address):self.wallet_address = wallet_addressdef pay(self, amount):print(f"Paying {amount} using Bitcoin wallet {self.wallet_address}")class PaymentContext:def __init__(self, strategy: PaymentStrategy):self.strategy = strategydef set_strategy(self, strategy: PaymentStrategy):self.strategy = strategydef 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, abstractmethodclass Image(ABC):@abstractmethoddef display(self):passclass RealImage(Image):def __init__(self, filename):self.filename = filenameself.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 = filenameself.real_image = Nonedef 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