【python高级】设计模式、类工厂、对象工厂

一、说明

        最近试着读Design pattern， 不过有些概念实在太抽象了， 整理一下自己所学抽象工厂的精神，就是要有abstract class（not implement），而所有不同种类的对象，都是继承这个abstract class，但是使用者只知道interface的接口就好。

二、关于抽象类的使用案例

2.1 抽象类

        很抽象吧，直接举例会比较实在，今天我开发了一个Qt windows app，Qt是跨平台的框架，所以Qt假设里面有个button class

class Button:def clicked():print(clicked)

        这个Button绝对不会这么简单，他还要跟不同操作系统兼容，所以就会有mac的button，windows的button，我们就可以先开个抽象类

class Button(ABC):@abstractmethoddef clicked(self):passclass   WinButton(Button):def clicked(self):print('click winbutton')class MacButton(Button):def clicked(self): print('click macbutton')

        qt的interface可是非常多对象的，有button还有checkbox等等，这样我写程序的时候就要打self.btn = WinButton（）这样子???,然后今天要打包到Mac上，又要改成self.btn = MacButton（），这样子是非常没有效率的...，能不能把这个作业系统的环境提取出来呢???

2.2 关于工厂

        白话就是，我们需要一个工厂，这个工厂可以帮我们呼叫下面不同的控件，例如WinFactory就是要给我windows的控件

class GUIFactory(ABC):@abstractmethoddef create_button(self):pass@abstractmethoddef create_checkbox(self):passclass WinFactory(GUIFactory):def create_button(self):return WinButton()def create_checkbox(self):return WinCheckBox() class MacFactory(GUIFactory):def create_button(self):return MacButton()def create_checkbox(self):return MacCheckBox()

        换个譬喻，你今天要吃大餐，而有前菜，主餐，甜点，而大餐有不同风格，你不会想要这样说： 主厨我要日式前菜，日式主餐，日式甜点。而是会想要这样说： 日式主厨，我要前菜、主餐、甜点。这边的日式主厨就是工厂啦！！主厨要会煮菜 上菜 切菜 等 这个就是抽象工厂，而日式主厨，西式主厨，就是工厂。

        那这样来看看前面的关系图怎么画

资料源： 抽象工厂设计模式

2.3 完整代码： 

from abc import ABC, abstractmethod
class GUIFactory(ABC):@abstractmethoddef create_button(self):pass@abstractmethoddef create_checkbox(self):pass
class WinFactory(GUIFactory):def create_button(self):return WinButton()def create_checkbox(self):return WinCheckBox()
class MacFactory(GUIFactory):def create_button(self):return MacButton()def create_checkbox(self):return MacCheckBox()
class Button(ABC):@abstractmethoddef clicked(self):passclass WinButton(Button):def clicked(self):print('click winbutton')class MacButton(Button):def clicked(self):print('click macbutton')
class CheckBox(ABC):@abstractmethoddef checked(self):passclass WinCheckBox(CheckBox):def checked(self):print('check wincheckbox')
class MacCheckBox(CheckBox):def checked(self):print('check maccheckbox')
class Application:def __init__(self, factory):self.button = factory.create_button()self.checkbox = factory.create_checkbox()if __name__ == "__main__":app = Application(MacFactory())app.button.clicked()

     注意，这样子，对用户而言，就是Application最后call的时候传入引数（Mac or Win Factory），这边甚至能加个if else直接判断当前os。最后那个对用户而言 看到的都是app
app.button， app.checkbox， 早就已经透过工厂创造好啦

2.4 总结

        抽象工厂模式： 对用户来说单一接口，所有class需要继承abstract class。抽象工厂为你提供了一个接口， 可用于创建每个系列产品的对象。 只要代码通过该接口创建对象， 那么你就不会生成与应用程序已生成的产品类型不一致的产品。

设计模式

抽象工厂模式

三、什么是类工厂

3.1 类工厂定义

• 类工厂本质：

        类工厂就是一个在运行时创建类的函数。 即允许创建类时根据情况决定其属性，比如，根据用户输入创建属性。

• 类工厂函数：

        是一个用于创建并返回类的函数。

3.2 理解类工厂函数-函数返回一个“类”的变量

使用type创建类如下

def init(self, name):self.name = name
def eat(self):pass
def go_to_vet(self):print "go_to_vet"
return type('Animal', (object,), {'__doc__': 'A class representing an arbitrary animal.','__init__': init,'eat': eat,'go_to_vet': go_to_vet,
})

这种方式的缺点：

• 这种写法会将类Animal的函数置于和Animal同一层命名空间下，不利于层次化。因此一般不使用type之间创建。
• 如果真需要使用type，则可以将其封装放入一个函数中。如下：

3.3 将类的“内脏”封装到函数中

下列示例表示

def create_animal_class():def init(self, name):self.name = namedef eat(self):passdef go_to_vet(self):print(self.name)return type('Animal', (object,), {'__doc__': 'A class representing an arbitrary animal.','__init__': init,'eat': eat,'go_to_vet': go_to_vet,})Animal1 = create_animal_class( )
dog = Animal1("my dog")
dog.go_to_vet()
cat = Animal1("my cat")
cat.go_to_vet()

3.4  封装到函数内的class关键词

        通过函数调用即可获得一个自定义创建的Animal类。使用class关键字创建效果相同：

    def create_animal_class():class Animal(object):def init(self, name):self.name = namedef eat(self):passdef go_to_vet(self):print "go_to_vet"return AnimalAnimal = create_animal_class()print Animal   #<class '__main__.Animal'>

3.5 编写类工厂的时机

• 在需要基于运行时的信息(如用户输入)创建类时需要编写类工厂
  • 如果在编码时并不知道需要赋值给类的属性时
  • 类工厂示例：（创建类工厂的原因：假如说是为大量不同的第三方网站提供凭据的服务，则需要有多重不同的验证方式。该工厂可以根据数据库查询结果生成属性） 

#-*- coding:utf-8 -*-
def get_credential_class(use_proxy=False, tfa=False):if use_proxy:keys = ['service_name', 'email_address']  # 通过代理身份验证所要的密匙else:keys = ['username', 'password']if tfa:keys.append('tfa_token')class Credential(object):expected_keys = set(keys)def __init__(self, **kwargs):if self.expected_keys != set(kwargs.keys()):raise ValueError('Keys do not match')for k, v in kwargs.items():setattr(self, k, v)return Credentialcred = get_credential_class(0,0)
print（cred）

运行结果：
<class ‘main.Credential’>

• 避免类属性一致性问题：处理类与实例之间属性不同的问题

class C(object):foo = 'bar'class I(object):def __init__(self):self.foo = 'bar'
print C.foo()
print I.foo()   # AttributeErrorc1 = C()   
c2 = C()  c1.foo = 'baz'
print c1.foo   #baz
print c2.foo   # barC.foo = 'bacon'
print c1.foo   #baz
print c2.foo   #baconprint c1.__dict__    # {'foo': 'baz'}
print c2.__dict__    #{}

 print I.foo() # AttributeError原因：
foo作为C的一个实例被实例化，但并不作为I的属性被实例化。
由于直接访问I而不是I的实例，因此__init__函数还没有被允许。
一个对象的属性查找顺序遵循首先查找实例对象自己，然后是类，接着是类的父类。
本质：__dict__属性存储着对象的所有属性(和值)
注意：一些内置的数据类型是没有__dict__属性的：
int,list,dict等这些常用的数据类型是没有__dict__属性的，其实这是可预料的，就算给了它们dict属性也没啥用，毕竟它们只是用来做数据容器的。

属性：指一个对象的数据或者函数
    - 属性的访问：通过句话（.）访问属性
    - 支持运行中添加和修改属性
字段：类的数据变量，例如：name='scolia'
方法：类里面的函数。可分为：
    - 实例方法：第一个参数需要是self，它表示一个具体的实例本身。
    - 类方法：用classmethod，它的第一个参数不是self，是cls，它表示这个类本身。类方法是那些并不需要类的实例就可以执行的方法
    - 静态方法：用staticmethod，可以无视self，而将这个方法当成一个普通的函数使用
 

#-*- coding:utf-8 -*-
class cls:clsvar = 1   #普通字段def __init__(self):self.insvar = 2ins1 = cls()
ins2 = cls()ins1.clsvar = 20
print cls.clsvar     #输出结果为1
print ins1.clsvar    #输出结果为20
print ins2.clsvar    #输出结果为1#用类名为类变量重新赋值并打印
cls.clsvar = 10
print cls.clsvar     #输出结果为10
print ins1.clsvar    #输出结果为20
print ins2.clsvar    #输出结果为10#这次直接给实例1没有在类中定义的变量赋值
ins1.x = 11
print ins1.x         #输出结果为11#然后再用类名给类中没有定义的变量赋值
cls.m = 21
print cls.m          #输出结果为21#再创建一个实例ins3，然后打印一下ins3的变量
ins3 = cls()
print ins3.insvar    #输出结果为2
print ins3.clsvar    #输出结果为10
print ins3.m         #输出结果为21
print ins3.x         #报错AttributeErro

四、类方法限制 

class C(object):foo = 'bar'@classmethoddef classfoo(cls):return cls.fooprint c1.classfoo()  #bacon
print c2.classfoo()  #bacon

注意：类方法无法访问实例属性，它们并不需要一个实例，但需要类本身。因此c1.classfoo使用的是类的foo而不是实例c1的foo

4.1 使用类工厂

        使用时机：当你继承一个现有类并且所依赖的类属性必须调整时。类工厂是生成带有重载属性的恰当子类的一种恰当方式。

class C(object):foo = 'bar'@classmethoddef classfoo(cls):return cls.foodef create_C_subclass(new_foo):class SubC(C):foo = new_fooreturn SubCS = create_C_subclass('spam')
print S.classfoo()  #spam
E = create_C_subclass('eggs')
print E.classfoo()  #eggs

执行C子类的classfoo类方法创建类的方式返回需要的结果。

4.2 单例模式

        让类工厂函数难以使用的一点是类工厂返回的是类而不是类的实例。如果一个实例，则必须调用类工厂函数返回的结果才可以。单例模式是一种只允许一个实例的类模式。
        类工厂示例：

class C(object):foo = 'bar'@classmethoddef classfoo(cls):return cls.foodef CPrime(new_foo='bar'):if new_foo == 'bar':return C()class SubC(C):foo = new_fooreturn SubCEE = CPrime('bar')
FF = CPrime('bar1')
print EE  #<__main__.C object at 0x01777CB0>
print FF  #<class '__main__.SubC'>

五、实例的工厂模式

        工厂模式是一个在软件开发中用来创建对象的设计模式。

        工厂模式包涵一个超类。这个超类提供一个抽象化的接口来创建一个特定类型的对象，而不是决定哪个对象可以被创建。

        为了实现此方法，需要创建一个工厂类并返回所需对象。

        当程序运行输入一个“类型”的时候，需要创建于此相应的对象。这就用到了工厂模式。在如此情形中，实现代码基于工厂模式，可以达到可扩展，可维护的代码。当增加一个新的类型，不在需要修改已存在的类，只增加能够产生新类型的子类。

        简短的说，当以下情形可以使用工厂模式：

• 1.不知道用户想要创建什么样的对象
• 2.当你想要创建一个可扩展的关联在创建类与支持创建对象的类之间。

"""
工厂模式：
根据需求产生对象。
"""
from typing import Anyclass Clothes:"""服装工厂类"""def __init__(self,name):self.name = namedef create(self):passclass Lovely(Clothes):def __init__(self, name):super().__init__(name)def create(self):print(f"{self.name} 生产 汉服")class Cool(Clothes):def __init__(self, name):super().__init__(name)def create(self):print(f"{self.name} 生产 酷酷的、帅")class Lipstick(Clothes):def __init__(self, name):super().__init__(name)def create(self):print(f"{self.name} 生产 死亡芭比粉")class Shoes(Clothes):def __init__(self, name):super().__init__(name)def create(self):print(f"{self.name}生产 红色高跟鞋")class Shoes2(Clothes):def __init__(self, name):super().__init__(name)def create(self):print(f"{self.name}生产 蓝色高跟鞋")class Requirement:"""定义一个需求类"""@staticmethoddef creatNeed(need):if need == "死亡芭比粉":return Lipstick("死亡芭比粉")elif need == "酷酷的、帅":return Cool("酷酷的、帅")elif need == "汉服":return Lovely("汉服")elif need == "红色高跟鞋":return Shoes("红色高跟鞋")elif need == "蓝色高跟鞋":return Shoes2("蓝色高跟鞋")# Requirement.creatNeed("死亡芭比粉").create()
# Requirement.creatNeed("红色高跟鞋").create()
# Requirement.creatNeed("汉服").create()with open("create.txt","r",encoding="utf-8")as f_r:content = f_r.read()# print(content)
Requirement.creatNeed(content).create()# class StudentNum:
#     num = 0
#
#     @classmethod
#     def add_num(cls):
#         cls.num += 1
#
#     @classmethod
#     def get_num(cls):
#         return cls.num
#
#     def __new__(cls) -> Any:
#         StudentNum.add_num()
#         return super().__new__(cls)
#
#
# class Student(StudentNum):
#     def __init__(self):
#         self.name = ""
# a = Student()
# b = Student()
# c = Student()
# print(StudentNum.get_num())