6个常见的Python设计模式及应用场景

在软件开发中，设计模式是解决特定问题的成熟模板。它们可以帮助我们写出更加模块化、可复用和易于维护的代码。本文将介绍6个常见的Python设计模式，并通过示例代码展示它们的使用场景。

1. 单例模式（Singleton）

使用场景：需要确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

示例代码：

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls):if cls._instance is None:cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)return cls._instance# 使用
singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()
assert singleton1 is singleton2  # 两者是同一个实例

2. 工厂模式（Factory Method）

使用场景：创建对象时，不指定具体类，而是提供一个接口让子类决定实例化哪一个类。

示例代码：

class Dog:def speak(self):return "Woof!"class Cat:def speak(self):return "Meow!"class AnimalFactory:def create(self, animal_type):if animal_type == "dog":return Dog()elif animal_type == "cat":return Cat()else:return None# 使用
factory = AnimalFactory()
dog = factory.create("dog")
print(dog.speak())  # Woof!

3. 策略模式（Strategy）

使用场景：需要在运行时选择算法或行为时。

示例代码：

from functools import wrapsdef strategy(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):strategy = kwargs.pop('strategy', 'default')if strategy == 'default':return func(*args, **kwargs)elif strategy == 'advanced':return func(*args, **kwargs) * 2else:raise ValueError("Unknown strategy")return wrapper@strategy
def compute(x, y):return x + y# 使用
print(compute(5, 3))  # 默认策略
print(compute(5, 3, strategy='advanced'))  # 高级策略

4. 观察者模式（Observer）

使用场景：对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。

示例代码：

class Observer:def update(self, message):raise NotImplementedErrorclass ConcreteObserver(Observer):def update(self, message):print(f"Received message: {message}")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)# 使用
subject = Subject()
observer = ConcreteObserver()
subject.attach(observer)
subject.notify("Hello, World!")

5. 装饰器模式（Decorator）

使用场景：动态地给一个对象添加额外的职责。

示例代码：

class Coffee:def cost(self):return 1def __str__(self):return "Coffee"class Milk:def __init__(self, beverage):self.beverage = beveragedef cost(self):return self.beverage.cost() + 0.5def __str__(self):return f"{self.beverage} with milk"# 使用
coffee = Coffee()
milk_coffee = Milk(coffee)
print(milk_coffee.cost())  # 1.5
print(milk_coffee)  # Coffee with milk

6. 代理模式（Proxy）

使用场景：控制对原始对象的访问，提供额外的安全检查或延迟初始化。

示例代码：

class Proxy:def __init__(self, real_subject):self._real_subject = Noneself.set_real_subject(real_subject)def set_real_subject(self, real):self._real_subject = realdef __getattr__(self, name):return getattr(self._real_subject, name)class RealSubject:def request(self):return "Request successfully made."# 使用
real_subject = RealSubject()
proxy = Proxy(real_subject)
print(proxy.request())  # 通过代理访问