第四十篇 Python之设计模式总结-简单工厂、工厂方法、抽象工厂、单例模式

一. 简单工厂

简单工厂模式(Simple Factory Pattern):是通过专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类.

简单工厂的用处不大，主要就是一个if...else语句

 

结合一个具体的例子，把上面的图再对应一下 

# 1. 定义一个工厂，对应图中的接受参数
class BigCat(object):
    # 接受参数（接受原材料）
    def __init__(self, money): 
        self.money = money
   # 工厂基本的生产模板
    def pay(self):
        print("收到大猫金融支付金额{0}".format(self.money))

# 2. 定义不同的产品生产线 
class WeChat(object):

    def __init__(self, money):
        self.money = money

    def pay(self):
        print("收到微信支付金额{0}".format(self.money))

class ZhiFuBao(object):

    def __init__(self, money):
        self.money = money

    def pay(self):
        print("收到支付宝支付金额{0}".format(self.money))

# 3. 输入参数(原材料入场)
channel = input("请选择支付方式：")
money = input("请输入消费金额：")

# 简单工厂，if...else判断就行了
# 4. 根据接收的不同原材料，判断是生产什么产品的，然后进行对应产品线的具体生产
# 如果是要微信支付
if channel == 'WeChat':
    WeChat(money).pay()    # Wechat()实例化，生产微信对应的产品
elif channel == 'ZhiFuBao':
    ZhiFuBao(money).pay()
else:
    BigCat(money).pay()

class Fruit:
    def __init__(self,name,weight):
        self.name = name
        self.weight = weight

    def product(self):
        print("这是{},重量是{}吨，用来生产混合果汁的".format(self.name, self.weight))

class Apple(Fruit):
    def __init__(self,name,weight):
        super(Apple, self).__init__(name,weight)

    def product(self):
        print("这是{},重量是{}吨，用来生产{}罐头的".format(self.name, self.weight, self.name))

class Peer(Fruit):
    def __init__(self,name,weight):
        super(Peer, self).__init__(name, weight)

    def product(self):
        print("这是{},重量是{}吨，用来生产{}罐头的".format(self.name, self.weight, self.name))


if __name__ == "__main__":
    name = input("请输入原材料：")
    weight = input("请输入原材料的重量： ")
    if name == 'Apple':
        Apple(name, weight).product()
    elif name == "Peer":
        Peer(name, weight).product()
    else:
        Fruit(name, weight).product()

二.工厂方法

工厂方法模式(Factory Method Pattern):定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类,工厂方法使一个类的实例化延时到其子类.
工厂方法模式克服了简单工厂模式违背开放-封闭原则的缺点,又保持了封装对象创建过程的优点
场景:雷锋工厂,不关心执行者,只关心执行结果

工厂方法的实现要点：
1. 先要定义每一个产品的具体生产细节（定义每一个产品的类）
2. 再给需要的每一个产品都创建一个生产工厂，提供一个统一的创建方法，然后该创建方法返回具体的产品
3. 这个过程就是把每个产品的生产细节在工厂方法里给包装了一个，外部使用者调用的时候是看不到具体的实现细节的。

工厂方法的使用：
1. 要使用哪个工厂方法，就from...import...，导入具体的工厂方法
2. 然后调用该工厂，获取具体的产品（方法）
3. 有了具体的产品（方法）就可以执行具体的逻辑了

工厂方法传参数会有个小的注意点需要小心,有两种处理方式可以灵活使用：
1. 在定义每个产品类的时候不要在构造方法里接受参数，直接在具体的类方法里接受参数，对应的也使用的时候，也只在调用具体的方法的时候传参
2. 在每个产品类的构造方法里传参，

工厂方法与简单工厂的比较：
1. 不需要給使用者暴露具体的产品的生产过程细节，能封装很多细节，只给使用者提供了一个接口，更解耦；而简单工厂则都暴露给了使用者
2. 如果有新增，简单工厂就需要添加一个if；而工厂方法虽然也需要添加，但是使用者需要使用的时候只需要import对应的工厂方法就可以了，不用的话就无所谓了
3. 工厂方法最大的优点就是把对象的获取和对象的创建给隔离开了，根本不关心对象是怎么创建的

举例：
有个大猫金融、支付宝、微信三种支付渠道，实现一个工厂方法并使用工厂方法
1. 实现工厂方法，文件名：factorymethodpractice.py

# 1. 先定义不同的支付方式（对应工厂里具体的产品），及每个产品具体的生产细节

class BigCat():
    # 关于传参的处理方式一： 有构造函数
    def __init__(self,money):
        self.money = money

    def pay(self):
        print("收到大猫金融的支付金额{0}".format(self.money))

class WeChat():
    # 关于传参的处理方式二：直接就没有构造函数，只在具体的方法里接受参数
    def pay(self, money):
        print("收到微信支付的金额{0}".format(money))

class ZhiFuBao():
    def __init__(self, money):
        self.money = money

    def pay(self):
        print("收到支付宝支付的金额{0}".format(self.money))

# 2. 为每个支付方式(每个产品）定义特定的工厂,每个工厂都有具体的工厂方法函数，负责返回
# 具体的工厂方法函数，其实就是对每个产品具体的生产细节进行了包装，让外部使用者只能用，却不知道具体的生产过程细节

# 3. 对外只提供这些特定的工厂（接口）
class BigCatFactory():
    # 关于传参的处理方式一:
    # 因为BigCat()类是需要传参的，return其实就是先调用BigCat()类，将BigCat()执行结果返回，所以也需要传参
    # 因此，可以在create的时候就传递参数
    def create(self,money):
        return  BigCat(money)

class WeChatFactory():
    # 关于传参的处理方式二：
    # WeChat()没有构造函数，初始化的时候不接收参数，所以对外提供的接口不需要传参
    # 只有在调用WeChat下面具体的pay()方法时才需要传递参数
    def create(self):
        return  WeChat()

class ZhiFuBaoFactory():
    def create(self, money):
        return  ZhiFuBao(money)

2. 使用工厂方法:  usefactorymethod.py

# 1. 先获取工厂
from factorymethodpractice import BigCatFactory

# 获取工厂
factory = BigCatFactory()

# 2. 调工厂去创建具体的产品
# 关于传参的处理方式一：在调用create的时候就给create传递参数
payment = factory.create(100)

# # 3. 有了具体的产品，就可以去执行具体产品里具体的逻辑了
payment.pay()

'''   -------------------------     '''

from factorymethodpractice import WeChatFactory
factory = WeChatFactory()
payment = factory.create()
# 关于传参的处理方式二:只在调用具体方法的时候给需要传参的方法才传递参数
payment.pay(200)

再举个例子说明工厂方法及两种参数不同的处理方式

# 接口文件 fruitfactorypractice.py


# 定义Apple产品类，实现具体的生产细节
class Apple():
    # 参数处理方式一：有构造方法
    def __init__(self,name):
        self.name = name

    def appleguantou(self):
        print("{}罐头生产出来了".format(self.name))

# 定义生产Apple的工厂方法
class AppleFactory():
    # create的时候就需要传递参数，因为Apple在实例化的时候就需要用到参数
    def create(self, name):
        return Apple(name)

### ++++++++++++++++++++++++++###


# 定义Pear产品类，实现具体的生产细节
class Pear(object):
    # 参数的处理方式二：没有构造方法
    def pearguantou(self,name):
        print("{}罐头生产出来了".format(name))
# 定义生产Pear的工厂方法
class PearFactory(object):
    # 参数的处理方式二：create的时候不需要传递参数，只有在调用到需要用参数的方法pearguantou的时候才传递参数
    def create(self):
        return Pear()

 

# 调用文件，使用工厂方法 文件名：usefactorymethod.py

from fruitfactorypractice import AppleFactory
factory = AppleFactory()
proment = factory.create('🍎')
proment.appleguantou()



from fruitfactorypractice import PearFactory
factory = PearFactory()
proment = factory.create()
proment.pearguantou("雪梨")

三. 抽象工厂

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern):提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们的类

抽象工厂最大的有点是：代码量少了很多，通过反射的方法就可以找出函数，比如在单元测试框架里，抽象方法是大量使用到的。

在抽象工厂就是利用反射机制实现的，反射是非常重要的，会大量使用到

什么是反射?

反射就是通过字符串的形式，导入模块；通过字符串的形式，去模块寻找指定函数，并执行。利用字符串的形式去对象（模块）中操作（查找/获取/删除/添加）成员，一种基于字符串的事件驱动！

上面的概念指出了使用反射需要掌握的知识点：

（1）通过字符串的形式，导入模块——>要用到:__import__()

（2）通过字符串的形式，去模块寻找指定函数并执行 ——> 用要到：getattr()

（3）利用字符串的形式去对象（模块）中操作（查找/获取/删除/添加）成员——>要用到：setattr(),hasattr(),delattr()

下面就来基于反射的概念学习每个知识点：

1. __import__()

__import__()可以实现以字符串的形式动态导入模块的目的

# 通常情况下面，导入模块是通过下面的两种方式实现：
# 以上面的代码文件示例

# 1. import fruitfactorypractice
# 2. from fruitfactorypractice import AppleFactory

这两种常规方式导入模块，其实内部的逻辑执行的都是__import__("fruitfactorypractice")
的方法，所以也可以直接使用__import__()导入模块

有这样的需求,动态输入一个模块名(当然输入的就是字符串了)，可以随时访问到导入模块中的方法或者变量，怎么做呢？

就要用到__import__()方法

# 实现动态输入模块名
module = input("请输入你要导入的模块名： ")

# 接受动态输入的模块名并导入模块
mod = __import__(module)
# 查看导入的模块里都有什么
# print(dir(mod))
# ['Apple', 'AppleFactory', 'Pear', 'PearFactory', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__']

# 调用模块下面的方法执行
promont = mod.AppleFactory().create("苹果")
promont.appleguantou()

执行结果：

 上面实现了动态输入模块名，从而能够输入模块名并且执行里面的函数。但是有一个缺点，那就是执行的函数被固定了。能不能改进一下，动态输入函数名，动态输入参数并且来执行呢？当然可以，且看

2. __getattr__()

作用：

（1） 从导入模块中（第一个参数mod）找到你需要调用的函数(第二个参数class_),
（2）然后返回一个该函数的引用<class 'fruitfactorypractice.PearFactory'>，没有找到就烦会None

# 输入字符串形式的模块名，函数名，参数名等
module = input("请输入你要导入的模块名： ")
class_ = input("请选择类型： ")
fruit_name = input("请选择水果： ")
# 1.实现通过字符串的形式，导入模块
mod = __import__(module)

# 2.通过字符串的形式，去模块寻找指定函数
'''
作用:从导入模块中（第一个参数mod）找到你需要调用的函数(第二个参数class_),
然后返回一个该函数的引用<class 'fruitfactorypractice.PearFactory'>，没有找到就烦会None
'''
obj = getattr(mod, class_, None)
print(obj)

# 执行函数
if class_ == "AppleFactory":
    # 生产苹果罐头
    obj().create(fruit_name).appleguantou()
elif class_ == "PearFactory":
    # 生产雪梨罐头
    obj().create().pearguantou(fruit_name)
else:
    print("不生产{}这种罐头".format(fruit_name))

上面我们就实现了，动态导入一个模块，并且动态输入函数名然后执行相应功能。

还存在一点点小问题:那就是模块名有可能不是在本级目录中存放着。有可能是如下图存放方式：

那么这种方式我们该如何搞定呢?看下面代码:

dd = __import__("lib.text.commons")  #这样仅仅导入了lib模块
dd = __import__("lib.text.commons",fromlist = True)  #改用这种方式就能导入成功
# 等价于import config
inp_func = input("请输入要执行的函数：")
f = getattr(dd,inp_func)
f()

 2. hasattr(object, name)

判断对象object是否包含名为name的特性（hasattr是通过调用getattr(ojbect, name)是否抛出异常来实现的）

object:表示对象，可以是类名，也可以是实例名

name: 属性名，是个字符串形式的

# 示例代码
class Test():

    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price
    def unit(self):
        pass

test = Test('彩票',666)

print(hasattr(test, 'name'))
print(hasattr(test, 'prce'))
print(hasattr(test, 'unit'))

# True
# False
# True

3. delattr(object, name)
与setattr()相关的一组函数。参数是由一个对象(记住python中一切皆是对象)和一个字符串组成的。string参数必须是对象属性名之一。该函数删除该obj的一个由string指定的属性。delattr(x, 'foobar')=del x.foobar

　　object:表示对象，可以是类名，也可以是实例名

　　name: 属性名，是个字符串形式的

 # 先删除属性
delattr(test, 'name')
# 再通过hasattr()查看该属性是否还存在
print(hasattr(test,'name'))  # False

# 注意：
# 这不是真的删除，而是只在内存里操作

4. setattr(object, name, value)

这是相对应的getattr()。参数是一个对象,一个字符串和一个任意值。字符串可能会列出一个现有的属性或一个新的属性。
这个函数将值赋给属性的。该对象允许它提供。例如,setattr(x,“foobar”,123)相当于x.foobar = 123。

# 修改name属性的值
setattr(test,'name','励志人生')
print(test.name)

注：getattr,hasattr,setattr,delattr对模块的修改都在内存中进行，并不会影响文件中真实内容。

四. 单例模式 -- 背下来

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。当你希望在整个系统中，某个类只能创建一个实例时，单例对象就能派上用场。

常见的配置文件，数据库连接等都会用到单例模式

https://www.cnblogs.com/huchong/p/8244279.html 参考示例

实现单例模式有很多种方法

(1)基于__new__方法实现（推荐使用，方便）---要背下来

原理：我们知道，当实例化一个对象时，是先执行了类的__new__方法（我们没写时，默认调用object.__new__）实例化对象；然后再执行类的__init__方法，对这个对象进行初始化，所有我们可以基于这个，改造__new__()方法，实现单例模式.

class Singleton():
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # 在 new之前判断一下，如果已经存在"_instance"，就直接返回cls._instance
        # 如果不存在，就创建一个
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            print("还没有实例，即将创建一个实例")
            cls._instance = super(Singleton, cls).__init__(cls, )
        return cls._instance

# 实例化第一个实例，执行了if内的语句
single1 = Singleton()
# 还没有实例，即将创建一个实例

# 实例化第二个实例，没有执行if内的语句，因为已经存在一个实例了
single2 = Singleton()

# 通过id,内存地址验证，两个实例就是同一个对象
print(id(single1))
print(id(single2))
# 4334057560
# 4334057560

继承单例

# 一个类继承于Singleton，如果也想让Apple只能创建一个实例，那只能在Apple类中__new__
class Apple(Singleton):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        super(Apple, cls).__new__(cls)

apple1 = Apple()
apple2 = Apple()
print(id(apple1))
print(id(apple2))

# 4326180952
# 4326180952

(2) 使用装饰器 实现单例模式---很多面试可能会问，要背下来

基于闭包实现

# 函数套函数，是闭包
'''
原理：
1. 有个字典
2. 以类名为key,以对象为value，存到这个字典里
3. 如果不存在就创建；如果存在就直接返回
'''

def singleton(cls, *args, **kw):
    instances = {}
    def get_instance():
        if cls not in instances:
            # 以类为key,以类的对象为值，存储起来
            instances[cls] = cls(*args, **kw)
        return instances[cls]
    return get_instance

# 修饰器是写函数名的，不能加();如果加()就是调用运行
@singleton
class Apple(object):
    pass

apple1 = Apple()
apple2 = Apple()
apple3 = Apple()
print(id(apple1))
print(id(apple2))
print(id(apple3))

# 4381172848
# 4381172848
# 4381172848

 

练习：

用类实现栈和队列的留个方法（代码）

先来了解下什么是栈和队列？

栈（stack）：是一种只能通过访问其一端来实现数据存储与检索的线性数据结构，具有后进先出(last in first out，LIFO)的特征

队列（queue): 也是元素按照顺序排列，但是元素的进出顺序具有 先进先出 的特征

栈和队列都有六个方法

方法	含义
push(element)	将数据存入栈
pop	将数据取出栈，从栈里面移出去了
empty	判断栈是否空
full	判断栈是否满
find(element)	查找元素返回位置（下标）
peek	返回栈顶的元素，但是不从栈里移出去