从本文开始,将会写一系列关于Python 设计模式通俗讲解的文章,主要参考《Python 设计模式》一书,顺序可能与原书目录顺序有所不同,因为我本身也是一边学习一边总结。本系列文章的主旨是剥开复杂的理论外壳,用最通俗的方法来讲解Python 设计模式。并且,通过修改代码为更简洁的形式,来更好的破除_**专业词汇迷信**_。

《Python 设计模式》一书将各种设计模式做了一个简单分类:

  • 创建型模式
  • 结构型模式
  • 行为型模式

今天要讨论的是第一种——创建型模式——中的原型设计模式

根据书上的说法,原型模式的作用是:

当我们已有一个对象,并希望创建该对象的一个完整副本时,原型模式就派上用场了。在我们知道对象的某些部分会被变更但又希望保持原有对象不变之时,通常需要对象的一个副本。在这样的案例中,重新创建原有对象是没有意义的(请参考网页[ http://t.cn/RqBrOuM ])。

另一个案例是,当我们想复制一个复杂对象时,使用原型模式会很方便。对于复制复杂对象,我们可以将对象当作是从数据库中获取的,并引用其他一些也是从数据库中获取的对象。若通过多次重复查询数据来创建一个对象,则要做很多工作。在这种场景下使用原型模式要方便得多。

这一段描述太抽象,其实用最简单的话来说就是:

第一种情况,你有一个ApplePen,想要一个一模一样的ApplePen,可以直接制作一个ApplePen的副本。

第二种情况,你有一个ApplePen,想要一个PineapplePen,可以通过制作一个ApplePen的副本,然后修改这个副本为PineapplePen的方式来达成目的。

第三种情况,你有一个非常复杂PenPineappleApplePen,然后你需要一个PineapplePenApplePen,多次操作可能会非常麻烦,那么可以以PenPineappleApplePen为原型,创建一个副本PenPineappleApplePen,再通过简单的几步就能将其修改为PineapplePenApplePen。(其实一般情况下与第二种情况没差)

看起来好像还是很复杂?无所谓,把每种情况中,看不懂的 | 第一个 | 多次出现的 | 单词改为A,看不懂的 | 第二个 | 多次出现的 | 单词改为B,就明白了。

好,我们现在把概念用最简单的话梳理清楚了,那么我们来看看代码实现。书上给出了这样一个例子:

一本书,第一版出版了。10年后,第二版出版了,有一定的修改。如何使用原型模式创建一个展示图书信息的应用?

这里其实可以看做我们总结出来的第二种情况,即:在有了原型对象的情况下,如何通过使用原型设计模式的编码,来得到新的对象。

我们先看看书上给出的示例代码,原书代码中没有注释,我尝试补充了一些注释,也许会有一定的错漏:

import copy
from collections import OrderedDict

class Book:
    def __init__(self, name, authors, price, **rest):
        '''rest的例子有:出版商、长度、标签、出版日期'''
        self.name = name
        self.authors = authors
        self.price = price
        self.__dict__.update(rest)      # 添加其他额外属性

    def __str__(self):
        mylist = []
        ordered = OrderedDict(sorted(self.__dict__.items()))
        for i in ordered.keys():
            mylist.append('{}: {}'.format(i, ordered[i]))
            if i == 'price':
                mylist.append('$')
            mylist.append('\n')
        return ''.join(mylist)

class Prototype:
    def __init__(self):
        self.objects = dict()    # 初始化一个原型列表

    def register(self, identifier, obj):
        # 在原型列表中注册原型对象
        self.objects[identifier] = obj

    def unregister(self, identifier):
        # 从原型列表中删除原型对象
        del self.objects[identifier]

    def clone(self, identifier, **attr):
        # 根据 identifier 在圆形列表中查找原型对象并克隆
        found = self.objects.get(identifier)
        if not found:
            raise ValueError('Incorrect object identifier: {}'.format(identifier))
        obj = copy.deepcopy(found)
        obj.__dict__.update(attr)   # 用新的属性值替换原型对象中的对应属性
        return obj

def main():
    b1 = Book('The C Programming Language', ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie'),
    price=118, publisher='Prentice Hall', length=228, publication_date='1978-02-22',
    tags=('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures'))

    prototype = Prototype()
    cid = 'k&r-first'
    prototype.register(cid, b1)
    b2 = prototype.clone(cid, name='The C Programming Language(ANSI)', price=48.99, length=274, publication_date='1988-04-01', edition=2)

    for i in (b1, b2):
        print(i)
    print("ID b1 : {} != ID b2 : {}".format(id(b1), id(b2)))

if __name__ == '__main__':
    main()

我们将这段代码保存为prototype.py,在控制台运行,可以得到如下输出:

authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
length: 228
name: The C Programming Language
price: 118$
publication_date: 1978-02-22
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
edition: 2
length: 274
name: The C Programming Language(ANSI)
price: 48.99$

publication_date: 1988-04-01
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

ID b1 : 2378797084512 != ID b2 : 2378796684008

熟悉 Python 的朋友可以发现,其实这段代码在 Python 中,我们要实现一样的效果,并没有这么复杂,完全可以不使用这样的方法,我们更熟悉的方法是这样的,这里只修改main函数:

def main():
    b1 = Book('The C Programming Language', 
              ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie'),
              price=118,
              publisher='Prentice Hall',
              length=228,
              publication_date='1978-02-22',
              tags=('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures'))

    # 这里我们彻底抛弃之前的原型设计模式的写法

    b2 = copy.deepcopy(b1)
    b2.name = 'The C Programming Language(ANSI)'
    b2.price = 48.99
    b2.length = 274
    b2.publication_date = '1988-04-01'
    b2.edition = 2

    for i in (b1, b2):
        print(i)
    print("ID b1 : {} != ID b2 : {}".format(id(b1), id(b2)))

同样的内容,替换后再次运行,输出结果几乎一模一样。所以,我们现在明白了,得益于 Python 的灵活性,其实在一般情况下没必要搞得那么费劲,用最简单粗暴的方式就可以达成我们想要的目标。当然,这里并不是说原型模式就没用,各位根据情况,灵活处理就好。