设计模式（Design Pattern）¶

本文旨在记录COMP2100课程复习的笔记，涉及策略模式（Strategy Pattern）、观察者模式（Ovserver Pattern）、外观模式（Facade Pattern）和单例模式（Sigleton Pattern）。

我们预计在之后会完善本文。

本文与之前一样将使用Python来实现所用用例。但在实际情况当中，我们并不推荐使用Python创建接口和抽象基类。Python是一门动态语言，强制类型检查无异于南辕北辙。

策略模式（Strategy Pattern, Policy Pattern）¶

策略模式

策略模式在运行时选择算法。代码并不直接实现单个算法，而是接收运行时指令，以指示在一系列算法中要使用哪个。

策略模式当中的接口是固定的，因此调用时不许更改方法。

结构

策略模式由以下三种角色构成：

上下文（Context）：引用策略的对象
策略（Strategy）：策略的公共接口，具体策略都将实现这个接口
具体策略（Concrete Strategy）：策略的具体实现，包含了具体的算法代码

策略模式

Python
from abc import ABC, abstractmethod

class ChickenCooker(ABC):   # 策略
  @abstractmethod
  def cook(self):
    pass

class FriedChickenCooker(ChickenCooker):    # 具体策略1
  def cook(self):
    print("Cooking fried chicken!")

class GrilledChickenCooker(ChickenCooker):  # 具体策略2
  def cook(self):
    print("Cooking grilled chicken!")

class Kitchen(object):  # 上下文
  def __init__(self):
    self._strategy = None

  @property
  def strategy(self):
    return self._strategy

  @strategy.setter
  def strategy(self, strategy):
    self._strategy = strategy

  def cook(self):
    self._strategy.cook()

优点

通过把算法的调用放到上下文当中，把实现放到了策略当中而实现了两者的分离
提供相同行为的不同实现：同样是做鸡，有很多种不同的做法
可以简单的添加新的策略：仅需创建一个新的Beggar Chicken就可以实现叫花鸡
可以将部分代码放到策略当中而避免重复代码：无论是炸鸡还是烤鸡，你都先要切鸡

缺点

上下文需要对实现有足够的了解来选择恰当的方法：你要知道做出来是什么鸡
会造成很多的具体策略类：这对Python可能不是什么问题，但对于Java这样每一个类都需要一个文件的语言来说……

观察者模式（Observer Pattern）¶

观察者模式

观察者模式中一个对象（主体（Subject）或可观察（Observable））维护一个列表的对象（观察者（Observer）），并在自身的状态发生改变时通知观察者。

观察者模式容易和发布/订阅模式（Publish/Subscribe Pattern）混淆，两者的区别主要在于发布/订阅模式有一个中间件负责消息的转发，因此发布者和订阅者不需要对彼此有任何了解。但在观察者模式中，主体需要对观察者的通知方法有所了解。

结构

观察者模式由以下两种角色构成：

主体（Subject）或可观察（Observable）
观察者（Observer）

观察者模式

Python
from enum import Enum

class Kitchen(object):  # 主体
  def __init__(self):
    self._waiters = [Waiter(i) for _ in range(10)]

  def collect_order(self):
    [waiter.collect_order() for waiter in self._waiters]

class Waiter(object):   # 观察者
  def __init__(self, i:int):
    self.id = i
    self.status = WaiterStatus.Free

  def collect_order(self):
    print('Coming') if self.status != WaiterStatus.Busy else print('Busy')

class WaiterStatus(Enum):
  Free = 0
  Busy = 1

优点

降低了主体和观察者之间的耦合

缺点

主体和观察者之间仍存在耦合
观察者较多时通知发布会影响性能

外观模式（Facade Pattern）¶

外观模式

类似于建筑中的外墙，一个外观是掩盖了更复杂的基础或结构代码而充当对外接口的对象。

一个大型厨房由很多子部分构成–打荷、冷菜、蒸菜、面案、水台、砧板、热灶，而对于负责下单的服务员来说，它并不需要了解这许多。

结构

外观模式由以下三种角色构成：

客户（Client）：访问外观的对象
外观（Facade）：将子系统包装的公共接口
子系统（Subsystem）：子系统的具体实现

外观模式

Python
class Kitchen(object):  # 外观
  def __init__(self):
    self.prepare = Prepare()
    self.cold = Cold()
    self.steam = Steam()
    self.noodles = Noodles()
    self.wash = Wash()
    self.chop = Chop()
    self.stove = Stove()

  def add_order(self):
    self.prepare.prepare()
    self.cold.cook()
    self.steam.cook()
    self.noodles.cook()
    self.wash.wash()
    self.chop.chop()
    self.stove.cook()
    self.collect_order()

优点

对客户屏蔽了子系统，降低了耦合

缺点

难以对客户定制需求
新增子系统可能会需要外观和客户作出修改

单例模式（Singleton Pattern）¶

单例模式

将类的实例化限制为唯一的单个实例。

一个大型酒店可能拥有很多员工甚至多个厨房，但他永远只有一个总厨师长。

结构

单例模式由以下三种角色构成：

客户（Client）：访问单例的对象
单例（Singleton）：包含一个实例且会自动创建该实例的类

单例模式

Python
class ChiefHeadChef(object):
  __chief_head_chef = None
  def __new__(cls):
    if not cls.__chief_head_chef:
      cls.__chief_head_chef = object.__new__(cls)
    return cls.__chief_head_chef

优点

单例和客户高度耦合，每个客户对单例做出的修改都将影响其他客户

缺点

单例和客户高度耦合，每个客户对单例做出的修改都将影响其他客户

design_pattern.pdf