结构型模式 ------ 设计模式第4章

1. 适配器模式

      将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，适配器使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。实现适配器的两种方式，类适配器使用多继承，对象适配器使用组合。组合就是一个类中放入另一类的对象。 先来看下组合：

class A:
	pass
	
class B:
	def __init__():
		self.a = A()

类适配器模式使用示例：

# 类适配器模式使用示例：
from abc import ABCMeta, abstractmethod

# 目标接口
class Payment(object, metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def pay(self, money):
        pass

class Alipay(Payment):
    def pay(self, money):
        print('支付了%d' % money)

# 待适配的类
class BankPay():
    def cost(self, money):
        print('银联支付了%d' % money)

# 类适配器
class PaymentAdapter(Payment, BankPay):
    """
    把不兼容cost转换成pay
    """

    def pay(self, money):
        self.cost(money)

p = PaymentAdapter()
p.pay(100)
"""
银联支付了100
"""

对象适配器模式使用示例：

# 类适配器模式使用示例：
from abc import ABCMeta, abstractmethod

# 目标接口
class Payment(object, metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def pay(self, money):
        pass

class Alipay(Payment):
    def pay(self, money):
        print('支付了%d' % money)

# 待适配的类
class BankPay():
    def cost(self, money):
        print('银联支付了%d' % money)

# 待适配的类
class ApplePay():
    def cost(self, money):
        print('苹果支付了%d' % money)

# 对象适配器
class PaymentAdapter(Payment):
    def __init__(self, payment):
        self.payment = payment

    def pay(self, money):
        self.payment.cost(money)

p = PaymentAdapter(ApplePay())
p.pay(100)
p = PaymentAdapter(BankPay())
p.pay(100)
"""
苹果支付了100
银联支付了100
"""

      适配器模式有三种角色，分别是目标接口、待适配的类和适配器。适用场景是：想使用一个已存在的类，而它的接口不符合你的要求。想使用一些已经存在的类，但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们的接口。对象适配器可以适配它的父类接口。

2. 桥模式

      桥模式是将一个事物的两个维度分离，使其都可以独立地变化。当事物有两个维度的表现，两个维度都可能扩展时使用。优点是：抽象和实现相分离，扩展能力强。如果不使用桥模式，在任何维度进行扩展，需要改好多代码，因为使用到了继承：

class Shape:
	pass

class Rectangle(Shape):
	pass

class Circle(Shape):
	pass

class RedRectangle(Rectangle):
	pass

class GreenRectangle(Rectangle):
	pass
	
class RedCircle(Circle):
	pass

class GreenCircle(Circle):
	pass

      以上代码形状和颜色两个维度是通过类的继承关系紧密结合在一起，是紧耦合。紧耦合是是不可取的，应用桥模式的思想，可以使用组合来实现（松耦合）。如果需要画直线，直接加上直线的类。需要新颜色，直接加上颜色的类。两个维度都可以自由扩展，不需要添加很多代码。这里的角色有抽象、细化抽象、实现者和具体实现者：

from abc import ABCMeta, abstractmethod

# 抽象
class Shape(metaclass=ABCMeta):
    def __init__(self, color):
        self.color = color

    @abstractmethod
    def draw(self):
        pass

# 实现
class Color(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def paint(self, shape):
        pass

# 细化抽象
class Rectangle(Shape):
    name = '长方形'

    def draw(self):
        self.color.paint(self)

# 如果要扩展形状，只需要添加形状类
class Circle(Shape):
    name = '圆形'

    def draw(self):
        self.color.paint(self)

# 细化实现
class Red(Color):
    def paint(self, shape):
        print('画红色的%s' % shape.name)

# 如果要扩展颜色，只需要添加颜色类
class Green(Color):
    def paint(self, shape):
        print('画绿色的%s' % shape.name)

rectangle = Rectangle(Red())
rectangle.draw()
circle = Circle(Green())
circle.draw()
"""
画红色的长方形
画绿色的圆形
"""

3. 组合模式

      将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构(特别是结构是递归的)，组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。优点是定义了包含基本对象和组合对象的层次结构；简化客户端代码，客户端可以一致地使用组合对象和单个对象；更加容易增加新类型的组件。

from abc import ABCMeta, abstractmethod

# 抽象组件
class Graphic(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def draw(self):
        pass

# 叶子组件
class Point(Graphic):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return '点(%s,%s)' % (self.x, self.y)

    def draw(self):
        print(self)

# 叶子组件
class Line(Graphic):
    def __init__(self, p1, p2):
        self.p1 = p1
        self.p2 = p2

    def __str__(self):
        return '线段[(%s,%s)]' % (self.p1, self.p2)

    def draw(self):
        print(self)

# 复合组件
class Picture(Graphic):
    def __init__(self, iterable):
        self.children = []
        for g in iterable:
            self.add(g)

    def add(self, graphic):
        self.children.append(graphic)

    def draw(self):
        for g in self.children:
            g.draw()

# 简单图形
print('------简单图形------')
p = Point(1, 2)
l1 = Line(Point(1, 2), Point(3, 4))
l2 = Line(Point(5, 6), Point(7, 8))
print(p)
print(l1)
print(l2)
print('------复合图形(p,l1,l2)------')
# 复合图形
pic = Picture([p, l1, l2])
pic.draw()

4. 外观模式

      外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，外观模式定义了一个高层的接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。外观模式下的角色有外观和子系统类，优点是：减少系统相互依赖，提高灵活性，提高了安全性。下面看一个例子：

# 子系统类
class CPU:
    def run(self):
        print('CPU start to run...')

    def stop(self):
        print('CPU stop to run...')

# 子系统类
class Disk:
    def run(self):
        print('Disk start to run...')

    def stop(self):
        print('Disk stop to run...')

# 子系统类
class Memory:
    def run(self):
        print('Memory start to run...')

    def stop(self):
        print('Memory stop to run...')

# 外观
class Computer():
    def __init__(self):
        self.CPU = CPU()
        self.Disc = Disk()
        self.Member = Memory()

    def run(self):
        self.CPU.run()
        self.Disc.run()
        self.Member.run()

    def stop(self):
        self.CPU.stop()
        self.Disc.stop()
        self.Member.stop()

# 客户端，高层代码
c = Computer()
c.run()
c.stop()

5. 代理模式

      为其它对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。角色有抽象实体、实体和代理。应用场景有远程代理：为远程的对象提供代理（通过ORM向数据库写值，不用关注数据库是在远程）；虚代理：根据需要创建很大的对象（需要的时候创建对象）；保护代理：控制对原始对象的访问，用于对象有不同的访问权限。下面是不使用虚代理的例子：

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Subject(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def get_content(self):
        pass

    @abstractmethod
    def set_content(self, content):
        pass

class RealSubject(Subject):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        print('读取文件内容！')
        with open(self.filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            self.content = f.read()

    def get_content(self):
        return self.content

    def set_content(self, content):
        with open(self.filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
            f.write(content)

subj = RealSubject('test.txt')
"""
读取文件内容！
"""

使用虚代理的例子：

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Subject(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def get_content(self):
        pass

    @abstractmethod
    def set_content(self, content):
        pass

class RealSubject(Subject):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        print('读取文件内容！')
        with open(self.filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            self.content = f.read()

    def get_content(self):
        return self.content

    def set_content(self, content):
        with open(self.filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
            f.write(content)

class VirtualProxy(Subject):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        self.subj = None

    def get_content(self):
        if not self.subj:
            self.subj = RealSubject(self.filename)
        return self.subj.get_content()

    def set_content(self, content):
        if not self.subj:
            self.subj = RealSubject(self.filename)

        return self.subj.set_content(content)

subj = VirtualProxy('test.txt')
print(subj.get_content())
"""
读取文件内容！
"""

      不使用虚代理，只要是实例化 RealSubject 类，就会读取这个文件占用内存。使用虚代理后，可以和根据需要创建对象，用户不调用是不会创建 RealSubject 对象的，节省了内存的开销。如果需要只有读的权限而没有写的权限，可以使用保护代理：

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Subject(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def get_content(self):
        pass

    @abstractmethod
    def set_content(self, content):
        pass

class RealSubject(Subject):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        print('读取文件内容！')
        with open(self.filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
            self.content = f.read()

    def get_content(self):
        return self.content

    def set_content(self, content):
        with open(self.filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
            f.write(content)

class ProtectedSubject(Subject):
    def __init__(self, filename):
        self.subj = RealSubject(filename)

    def get_content(self):
        return self.subj.get_content()

    def set_content(self, content):
        raise PermissionError('无写入权限！')

subj = ProtectedSubject('test.txt')
print(subj.get_content())
subj.set_content('abc')
"""
读取文件内容！
test file!
Traceback (most recent call last):
  File "/home/thanlon/projects/PycharmProjects/untitled/代理模式.py", line 42, in <module>
    subj.set_content('abc')
  File "/home/thanlon/projects/PycharmProjects/untitled/代理模式.py", line 37, in set_content
    raise PermissionError('无写入权限！')
PermissionError: 无写入权限！
"""