写代码也有“套路”-谈谈设计模式

编程教室开了这么久，已经有很多人从完全零基础的小白成为了会写代码的菜鸟程序员，能够自己独立开发程序。不过到此阶段，常常会遇到瓶颈，感觉功能可以实现，但代码看起来有些别扭：

代码中有很多相似的重复代码
代码中有大量的 if，以至于有很长的缩进
单个代码写得很长，别人很难看懂，过阵子可能自己都看不懂
总会有没有考虑到的情况导致 bug
修复一个 bug 又会产生新的 bug
单个功能可以实现，但多个功能组合在一起就理不清
如果需求发生变动，代码修改起来很麻烦
有多种实现方式时不知道该用哪一种
很难和其他人协作开发

上述的问题你是不是有过类似困扰？解决的办法其实也简单，就是坚持“多写”和“多读”：

多写代码。很多时候你觉得不好处理，并不是因为高深的问题，只是你对代码的基本使用还不够熟练。同样的问题，踩过坑再爬出来，反复几次自然你也知道怎么绕开了。
多读代码。除了自己写，看看别人的代码也会学到很多。包括教程里的案例、官方示例、开源项目的源码等。所谓“熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟”嘛。

除了这两个“笨办法”外，还有样东西，对于处在这个阶段的你或许有很大启发，这就是：

设计模式

设计模式是对于软件开发中常见的一些问题所总结出的解决方案，它并不关注具体的代码怎么写，而是代码的结构应该如何设计，从而让代码更加可靠、可读、可重用、易于维护。它不是一种严格意义上的“技术”，而是一门“经验主义”，也就是开发者经常提到的“最佳实践”。所以设计模式其实就是在前人各种踩坑经验之上，总结出的各种开发“套路”。

举几个常见的设计模式例子：

单例模式

场景举例：代码中需要一个共享的资源管理器，保证在代码只有唯一的一个实例，且代码各处都可以访问到。

如果你的代码只有一个文件，可能不会遇上这个问题。但当项目大一点之后，这个问题十分常见。你可以选择定义一些全局变量来实现。但更好的“套路”是使用单例模式：它可以保证只创建一个对象（第一次访问时创建，之后访问时直接返回已有对象），并提供全局的访问。

代码演示

# 单例类
class Singleton(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance

# 继承单例
class MyClass(Singleton):  
    a = 1

# 使用
mc1 = MyClass()
mc2 = MyClass()
print(mc1==mc2)
mc1.a += 1
print(mc2.a)

输出

True
2

之前我们的文章《Crossin：Python单例模式(Singleton)的N种实现》有专门讨论过 Python 中的单例模式实现。

工厂模式

场景举例：在一个绘图工具里，有不同的笔刷。当点击不同的笔刷按钮时，需要创建对应的笔刷供使用。

如果把每个按钮响应里都去单独创建，代码会很冗余且不利于维护。这时可创建一个“工厂”类，将创建笔刷的代码放在其中，只需要根据传入的参数不同，返回不同的笔刷实例即可。就如同工厂根据订单生产产品一样。

代码演示

# 笔刷工厂，具体类代码略
def pen_factory(mode):
    if mode == 'PEN':
        return Pen()
    elif mode == 'PENCIL':
        return Pencil()
    elif mode == 'BRUSH':
        return Brush()
    else:
        return None

# 使用
p = pen_factory('BRUSH')

代理模式

场景举例：开发一个论坛，允许用户在帖子中上传图片，于是需要提供保存图片的功能。

一般为了网站的访问速度，会选择第三方的图片保存服务。那么在保存图片的时候，就需要调用其提供的接口。而应用代理模式的话，就会在网站和第三方服务间增加一层。这样的好处是可以将一些额外的处理放在代理层中，当需要更换第三方服务时，不需要修改网站的逻辑，只要调整代理层即可。

代码演示

class ImgService:
    @abstractmethod
    def save(self, img):
        pass

# 真实类
class XYZImgService(ImgService):
    def save(self, img):
        # 调用第三方服务接口

# 代理类
class ImgServiceProxy(ImgService):
    def __init__(self):
        self.service = XYZImgService()
    def save(self, img):
        return self.service.save(img)

# 使用
def save_img(img):
    proxy = ImgServiceProxy()
    proxy.save(img)

设计模式的六大原则：

1、开闭原则（Open Close Principle）
对扩展开放，对修改关闭。在需求变动时，尽可能不修改原有代码，而通过扩展实现。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
在使用继承时，在子类中尽量不要重写和重载父类的方法。

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
针对接口编程，细节依赖于抽象。

4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
降低类之间的耦合度，不依赖不必要的接口。

5、迪米特法则，又称最少知道原则（Demeter Principle）
模块之间相互独立，对自己依赖的类需要知道的信息越少越好。

6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）
尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

具体的解读，今天没法在一篇推送中展开详述，而且这是个需要不断体会和实践的事情。首先你可以找些相关书籍读一读。设计模式有一本经典书籍：《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（《设计模式：可复用面向对象软件的基础》）。此书又被称作“GoF”（Gang of Four，四人组），四位业内大牛总结出了 23 种设计模式。

然而，我强烈不推荐新手去看这本书，因为你很可能看不懂。我推荐的是一本叫做《Head first 设计模式》的书，可以算作上面那本的白话入门版，对于新手来说友好许多，或许帮助更大。

开发者对于设计模式的理解大致存在这样几个阶段：一开始只关注语法和库，不懂设计模式，写代码无章法；后来了解了设计模式之后，开始尝试套用设计模式，懂得重构代码，但有时难免教条化或陷入过度设计的误区；等到开发经验丰富之后，不再拘泥于所谓的“模式”，本身写出的代码就已经契合设计的原则。

书上的设计模式是一成不变的，不可能涵盖每一种开发场景，而软件技术本身也不断发展，很多模式已经被新的语言特性所实现。因此也有很多人对于设计模式的价值存在质疑。我的看法是，如果你处在新手阶段，学习设计模式是很好的提升方式，也可以开拓你的编程思维。而当你已经走上进阶之路之后，更多的应是关注模式背后的原则，写出更合理的代码，而并非为了模式而模式。

当然这一切，还是都离不开足够的代码量。每个程序员都是一行行代码堆出来。

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