基礎篇

Everybody Knows Design Patterns

第0章 啟程之前，請不要錯過我

0.1 Python精簡入門

設計模式與編程語言沒有關系，它是對面向對象思想的靈活應用和高度概括，你可以用任何一種語言來實現它，但還是需要用一種語言來舉例。除特別說明外，本書的所有示例源碼，均采用 Python 實現。如果你初次接觸 Python，請務必先閱讀本章的內容；如果你已經很熟悉Python，可直接跳過本章的內容。

0.1.1 Python的特點

Python崇尚優美、清晰、簡單，是一種優秀并被廣泛使用的語言。

與Java和C++這些語言相比，Python最大的幾個特點是：

（1）語句結束不用分號“;”。

（2）代碼塊用縮進來控制，而不用大括號“{}”。

（3）變量使用前不用事先聲明。

從其他語言剛轉到Python的時候可能會有點不適應，用一段時間就好了！

個人覺得，在所有的高級計算機語言中，Python是最接近人類的自然語言的。Python的語法、風格都與英文的書寫習慣非常接近，Python 的這種風格被稱為 Pythonic。如條件表達式，在Java和C++語言中是這樣的：

而在Python語言中是這樣的：

有沒有覺得第二種方式更接近人類的自然思維？

0.1.2 基本語法

1.數據類型

Python是一種動態語言，定義變量時不需要在前面加類型說明，而且不同類型之間可以方便地相互轉換。Python有五個標準的數據類型：

（1）Numbers（數字）

（2）String（字符串）

（3）List（列表）

（4）Tuple（元組）

（5）Dictionary（字典）

其中 List、Tuple、Dictionary 為容器，將在下一部分介紹。Python 支持四種不同的數字類型：int（有符號整型）、float（浮點型）、complex（復數）（說明：Python 3中已去除long類型，與int類型合并）。

每個變量在使用前都必須賦值，變量賦值以后才會被創建。

源碼示例0-1

輸出結果：

2.常用容器

1）List

List（列表）是Python中使用最頻繁的數據類型，用“[]”標識。列表可以完成大多數集合類的數據結構實現，類似于Java中的ArrayList和C++中的Vector。此外，一個List中還可以同時包含不同類型的數據，支持字符、數字、字符串，甚至可以包含列表（即嵌套）。

（1）列表中值的切割也可以用到變量[頭下標：尾下標]，這樣就可以截取相應的列表，從左到右索引默認從0開始，從右到左索引默認從-1開始，下標可以為空（表示取到頭或尾）。

（2）加號（+）是列表連接運算符，星號（*）是重復操作。

源碼示例0-2

輸出結果：

2）Tuple

Tuple（元組）是另一種數據類型，用“（）”標識，內部元素用逗號隔開。元組不能二次賦值，相當于只讀列表，用法與List類似。Tuple相當于Java中的final數組和C++中的const數組。

源碼示例0-3

輸出結果：

3）Dictionary

Dictionary（字典）是Python中除列表以外最靈活的內置數據結構類型。字典用“{ }”標識，由索引（key）和它對應的值value組成。相當于Java和C++中的Map。

列表是有序的對象集合，字典是無序的對象集合。兩者之間的區別在于：字典中的元素通過鍵存取，而不通過偏移存取。

源碼示例0-4

結果：

3.類的定義

使用class語句來創建一個新類，class之后為類的名稱并以冒號結尾，實例如下：

類的幫助信息可以通過 ClassName._doc_查看，類體（class_suite）由類成員、方法、數據屬性組成，舉例如下。

源碼示例0-5

其中_init_為初始化函數，相當于構造函數。

1）訪問權限

● _foo_：定義的是特殊方法，一般是系統定義名字，類似_init_（）。

● _foo：以單下畫線開頭時表示的是 protected 類型的變量，即保護類型只允許其本身與子類進行訪問，不能用于 from module import *。

● __foo：以雙下畫線開頭時，表示的是私有類型（private）的變量，即只允許這個類本身進行訪問。

2）類的繼承

類的繼承語法結構如下：

Python中繼承中的一些特點：

（1）在繼承中基類的初始化方法_init_（）不會被自動調用，它需要在其派生類的構造中親自專門調用。

（2）在調用基類的方法時，需要使用super（）前綴。

（3）Python總是首先查找對應類型的方法，不能在派生類中找到對應的方法時，它才開始到基類中逐個查找（先在本類中查找調用的方法，找不到才去基類中找）。

如果在繼承元組中列了一個以上的類，那么它就被稱作“多重繼承”。

3）基礎重載方法

Python的類中有很多內置的基礎重載方法，我們可以通過重寫這些方法來實現一些特殊的功能。這些方法如表0-1所示。

0.1.3 一個例子讓你頓悟

我們將一段 Java 代碼對應到 Python 中來實現，進行對比閱讀，相信你很快就能明白其中的用法。

源碼示例0-6 Java代碼

源碼示例0-7 對應的Python代碼

源碼示例0-6和源碼示例0-7的結果是一樣的，如下：

0.1.4 重要說明

（1）為了降低程序復雜度，本書用到的所有示例代碼均不考慮多線程安全，望借鑒源碼的讀者注意。

（2）本書所有源碼均在Python 3.6.3下編寫，Python 3.0以上都可以正常運行。

（3）源碼地址：https://github.com/luoweifu/PyDesignPattern，本書所有源代碼可在此免費閱讀和下載。

0.2 UML精簡概述

0.2.1 UML的定義

UML是英文 Unified Modeling Language 的縮寫，簡稱UML（統一建模語言），它是一種由一整套圖組成的標準化建模語言，用于幫助系統開發人員闡明、設計和構建軟件系統。

UML 的這一整套圖被分為兩組，一組叫結構性圖，包含類圖、組件圖、部署圖、對象圖、包圖、組合結構圖、輪廓圖；一組叫行為性圖，包含用例圖、活動圖（也叫流程圖）、狀態機圖、序列圖、通信圖、交互圖、時序圖。其中類圖是應用最廣泛的一種圖，經常被用于軟件架構設計中。

0.2.2 常見的關系

類圖用于表示不同的實體（人、事物和數據），以及它們彼此之間的關系。該圖描述了系統中對象的類型以及它們之間存在的各種靜態關系，是一切面向對象方法的核心建模工具。

UML 類圖中最常見的幾種關系有：泛化（Generalization）、實現（Realization）、組合（Composition）、聚合（Aggregation）、關聯（Association）和依賴（Dependency）。這些關系的強弱順序為：泛化=實現 > 組合 > 聚合 > 關聯 > 依賴。

1.泛化

泛化（Generalization）是一種繼承關系，表示一般與特殊的關系，它指定了子類如何特化父類的所有特征和行為。

如：哺乳動物具有恒溫、胎生、哺乳等生理特征，貓和牛都是哺乳動物，也都具有這些特征，但除此之外，貓會捉老鼠，牛會耕地，如圖0-1所示。

2.實現

實現（Realization）是一種類與接口的關系，表示類是接口所有特征和行為的實現。

如：蝙蝠也是哺乳動物，它除具有哺乳動物的一般特征之外，還會飛，我們可以定義一個IFlyable的接口，表示飛行的動作，而蝙蝠需要實現這個接口，如圖0-2所示。

3.組合

組合（Composition）也表示整體與部分的關系，但部分離開整體后無法單獨存在。因此，組合與聚合相比是一種更強的關系。

如：我們的電腦由CPU、主板、硬盤、內存組成，電腦與CPU、主板、硬盤、內存是整體與部分的關系，但如果讓CPU、主板等組件單獨存在，就無法工作，因此沒有意義，如圖0-3所示。

4.聚合

聚合（Aggregation）是整體與部分的關系，部分可以離開整體而單獨存在。

如：一個公司會有多個員工，但員工可以離開公司單獨存在，離職了依然可以好好地活著，如圖0-4所示。

5.關聯

關聯（Association）是一種擁有關系，它使一個類知道另一個類的屬性和方法。關聯可以是雙向的，也可以是單向的。

如：一本書會有多個讀者，一個讀者也可能會有多本書，書和讀者是一種雙向的關系（也就是多對多的關系）；但一本書通常只會有一個作者，是一種單向的關系（就是一對一的關系，也可能是一對多的關系，因為一個作者可能會寫多本書），如圖0-5所示。

6.依賴

依賴（Dependency）是一種使用的關系，即一個類的實現需要另一個類的協助，所以盡量不要使用雙向的互相依賴。

如：所有的動物都要吃東西才能活著，動物與食物就是一種依賴關系，動物依賴食物而生存，如圖0-6所示。