Python設(shè)計(jì)模式中的策略模式詳解

更新時(shí)間：2023年02月08日 11:45:14 作者：lijiachang8

策略模式屬于Python-設(shè)計(jì)模式中行為模式之一，該模式定義了一系列算法，并將每個(gè)算法封裝起來，使它們可以相互替換。本文將通過示例詳細(xì)講解這一模式，需要的可以參考一下

策略模式

策略模式是一個(gè)經(jīng)典的模式，簡(jiǎn)化代碼。

電商領(lǐng)域有個(gè)功能明細(xì)可以使用“策略”模式，就是根據(jù)客戶的屬性或訂單中的商品計(jì)算折扣。

比如一個(gè)網(wǎng)店，指定了以下的折扣規(guī)則，并且一個(gè)訂單只能享受一個(gè)折扣：

有1000積分以上的顧客，整個(gè)訂單可以享受5%的折扣
同一個(gè)訂單中，單個(gè)商品的數(shù)量達(dá)到20個(gè)以上，單品享受10%折扣
訂單中不同商品的數(shù)量達(dá)到10個(gè)以上，整個(gè)訂單享受7%折扣

下面是UML類圖：

上下文：把一些計(jì)算委托給實(shí)現(xiàn)不同算法的可互換組建，他們提供服務(wù)。在這個(gè)示例中，上下文就是Order，根據(jù)不同算法提供折扣。

策略：實(shí)現(xiàn)不同算法的組件共同接口。在這個(gè)示例中，Promotion的抽象類扮演這個(gè)角色。

具體策略：“策略”的子類，實(shí)現(xiàn)具體策略

示例，實(shí)現(xiàn)Order類，支持插入式折扣策略

import abc
from collections import namedtuple
from abc import abstractmethod
Customer = namedtuple('Customer', 'name fidelity')  # name:顧客名字  fidelity:忠誠(chéng)度，這里用積分體現(xiàn)
class LineItem:
    """單品信息"""
    def __init__(self, product, quantity, price):
        self.product = product
        self.quantity = quantity
        self.price = price
    def total(self):
        return self.quantity * self.price
class Order:
    """訂單信息（上下文）"""
    def __init__(self, customer, cart, promotion=None):
        self.customer = customer
        self.cart = list(cart)  # 購(gòu)物車：商品列表
        self.promotion = promotion
    def total(self):
        if not hasattr(self, '__total'):  # __前綴的屬性，不可繼承
            self.__total = sum(item.total() for item in self.cart)
        return self.__total
    def due(self):
        """折后金額"""
        if self.promotion is None:
            discount = 0
        else:
            discount = self.promotion.discount(self)
        return self.__total - discount
    def __repr__(self):
        return '<Order total:{:.2f} due:{:.2f}>'.format(self.total(), self.due())  # {:.2f}表示輸出小數(shù)點(diǎn)，保留2位小數(shù)
class Promotion(abc.ABC):
    """策略：抽象基類"""
    @abstractmethod
    def discount(self, order):
        """返回折扣金額"""
class FidelityPromo(Promotion):
    """具體策略：有1000積分以上的顧客，整個(gè)訂單可以享受5%的折扣"""
    def discount(self, order):
        return order.total() * 0.05 if order.customer.fidelity >= 1000 else 0
class BulkItemPromo(Promotion):
    """具體策略：同一個(gè)訂單中，單個(gè)商品的數(shù)量達(dá)到20個(gè)以上，單品享受10%折扣"""
    def discount(self, order):
        # return order.total() * 0.1 if any(item for item in order.cart if item.quantity >= 20) else 0 理解錯(cuò)誤為整體折扣
        discount = 0
        for item in order.cart:
            if item.quantity >= 20:
                discount += item.total() * .1
        return discount
class LargeOrderPromo(Promotion):
    """具體策略：訂單中不同商品的數(shù)量達(dá)到10個(gè)以上，整個(gè)訂單享受7%折扣"""
    def discount(self, order):
        return order.total() * 0.07 if len({item.product for item in order.cart}) >= 10 else 0

聊一下抽象基類：

Python3.4中，聲明抽象基類的最簡(jiǎn)單的方式是繼承abc.ABC ：class Promotion(abc.ABC):

Python3.0到Python3.3中，必須在class中使用metaclass=關(guān)鍵字 : class Promotion(metaclass=abc.ABCMeta):

Python2中，要在類屬性中增加__metaclass__ = abc.ABCMeta

測(cè)試代碼

# 兩個(gè)顧客，一個(gè)積分0，一個(gè)積分1100
joe = Customer('Joe', 0)
ann = Customer('Ann', 1100)
# 有三個(gè)商品的購(gòu)物車
cart = [LineItem('banana', 4, .5),
        LineItem('apple', 10, 1.5),
        LineItem('watermelon', 5, 5.0)]
# ann因?yàn)槌^1000積分，獲得了5%折扣
order_joe = Order(joe, cart, FidelityPromo())  #這里要FidelityPromo要加（）來創(chuàng)建實(shí)例
print(order_joe)
order_ann = Order(ann, cart, FidelityPromo())
print(order_ann)
# 香蕉30個(gè)，蘋果10個(gè)。
banana_cart = [LineItem('banana', 30, .5),
               LineItem('apple', 10, 1.5)]
# joe因?yàn)橄憬队?0個(gè)，根據(jù)BulkItemPromo 香蕉優(yōu)惠了1.5元
order_joe = Order(joe, banana_cart, BulkItemPromo())
print(order_joe)

打印
<Order total:42.00 due:42.00>
<Order total:42.00 due:39.90>
<Order total:30.00 due:28.50>

以上的模式中，每個(gè)具體策略都是一個(gè)類，而且只定義了一個(gè)方法：discount。此外他們的策略示例沒有實(shí)例屬性，看起來就像普通函數(shù)。

示例，使用函數(shù)實(shí)現(xiàn)折扣策略

Customer = namedtuple('Customer', 'name fidelity')  # name:顧客名字  fidelity:忠誠(chéng)度，這里用積分體現(xiàn)
class LineItem:
    """單品信息"""
    def __init__(self, product, quantity, price):
        self.product = product
        self.quantity = quantity
        self.price = price
    def total(self):
        return self.quantity * self.price
class Order:
    """訂單信息（上下文）"""
    def __init__(self, customer, cart, promotion=None):
        self.customer = customer
        self.cart = list(cart)  # 購(gòu)物車：商品列表
        self.promotion = promotion
    def total(self):
        if not hasattr(self, '__total'):  # __前綴的屬性，不可繼承
            self.__total = sum(item.total() for item in self.cart)
        return self.__total
    def due(self):
        """折后金額"""
        if self.promotion is None:
            discount = 0
        else:
            discount = self.promotion(self)
        return self.__total - discount
    def __repr__(self):
        return '<Order total:{:.2f} due:{:.2f}>'.format(self.total(), self.due())  # {:.2f}表示輸出小數(shù)點(diǎn)，保留2位小數(shù)
def FidelityPromo(order):
    """具體策略：有1000積分以上的顧客，整個(gè)訂單可以享受5%的折扣"""
    return order.total() * 0.05 if order.customer.fidelity >= 1000 else 0
def BulkItemPromo(order):
    """具體策略：同一個(gè)訂單中，單個(gè)商品的數(shù)量達(dá)到20個(gè)以上，單品享受10%折扣"""
    discount = 0
    for item in order.cart:
        if item.quantity >= 20:
            discount += item.total() * .1
    return discount
def LargeOrderPromo(order):
    """具體策略：訂單中不同商品的數(shù)量達(dá)到10個(gè)以上，整個(gè)訂單享受7%折扣"""
    return order.total() * 0.07 if len({item.product for item in order.cart}) >= 10 else 0
# 兩個(gè)顧客，一個(gè)積分0，一個(gè)積分1100
joe = Customer('Joe', 0)
ann = Customer('Ann', 1100)
# 有三個(gè)商品的購(gòu)物車
cart = [LineItem('banana', 4, .5),
        LineItem('apple', 10, 1.5),
        LineItem('watermelon', 5, 5.0)]
# ann因?yàn)槌^1000積分，獲得了5%折扣
order_joe = Order(joe, cart, FidelityPromo)
print(order_joe)
order_ann = Order(ann, cart, FidelityPromo)
print(order_ann)
# 香蕉30個(gè)，蘋果10個(gè)。
banana_cart = [LineItem('banana', 30, .5),
               LineItem('apple', 10, 1.5)]
# joe因?yàn)橄憬队?0個(gè)，根據(jù)BulkItemPromo 香蕉優(yōu)惠了1.5元
order_joe = Order(joe, banana_cart, BulkItemPromo)
print(order_joe)

打印
<Order total:42.00 due:42.00>
<Order total:42.00 due:39.90>
<Order total:30.00 due:28.50>

以上可以看到，使用函數(shù)更加簡(jiǎn)單，代碼量減少。沒必要在新建訂單實(shí)例化新的促銷對(duì)象，函數(shù)拿來即用。

選擇最佳策略

要實(shí)現(xiàn)最佳折扣策略的自動(dòng)選擇，只需要一個(gè)額外的函數(shù)即可。這樣就能自動(dòng)找出最高的折扣。

def best_promotion(order):
    promotions = [FidelityPromo, BulkItemPromo, LargeOrderPromo]
    return max([func(order) for func in promotions])

自動(dòng)找出模塊中的全部策略

以上的promotions列表包含了三個(gè)策略，當(dāng)再新增新的策略時(shí)，需要在這個(gè)列表中追加，使用以下寫法，可以自動(dòng)識(shí)別策略函數(shù)：

示例，實(shí)現(xiàn)了把Promo結(jié)尾的函數(shù)引用，放進(jìn)promotions列表中

def best_promotion(order):
    promotions = [globals()[key] for key in list(globals().keys()) if key.endswith('Promo')]
    return max([func(order) for func in promotions])

以上實(shí)現(xiàn)的原理就是利用globals()內(nèi)置函數(shù)：

globals()返回一個(gè)字典，表示當(dāng)前的全局符號(hào)表。包含了當(dāng)前所有定義的函數(shù)等。

自動(dòng)找出模塊中的全部策略-另一個(gè)種方案

把所有的策略函數(shù)，都放到一個(gè)模塊(文件)中，然后通過import導(dǎo)入進(jìn)來，再使用inspect模塊提供的函數(shù)內(nèi)省

示例，獲取一個(gè)模塊中的所有函數(shù)

import promotions  # 一個(gè)包含函數(shù)的模塊
print(inspect.getmembers(promotions, inspect.isfunction))  # 獲取一個(gè)模塊中的所有函數(shù)

打印
[('BulkItemPromo', <function BulkItemPromo at 0x0342F2B8>), ('FidelityPromo', <function FidelityPromo at 0x0342F228>), ('LargeOrderPromo', <function LargeOrderPromo at 0x0342F300>)]

示例，內(nèi)省promotions模塊，獲取所有策略函數(shù)

import promotions
promotions = [func for func_name, func in inspect.getmembers(promotions, inspect.isfunction)]
def best_promotion(order):
    return max([func(order) for func in promotions])

這樣的話，以后有新的策略，只需要在promotions模塊中新增對(duì)應(yīng)的策略函數(shù)，就可以自動(dòng)加載了，妙！

命令模式

命令模式的目的是解耦調(diào)用者（調(diào)用操作的對(duì)象）和接收者（提供實(shí)現(xiàn)的對(duì)象）。讓他們只實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法execute接口，供調(diào)用者使用，這樣調(diào)用者無需了解接受者的接口，而且不同的接受者可以適應(yīng)不同的Command子類。

示例，使用抽象類實(shí)現(xiàn)命令模式

import abc
class Receiver:
    """命令的接收者，執(zhí)行命令的地方"""
    def start(self):
        print('開始執(zhí)行')
    def stop(self):
        print('停止執(zhí)行')
class Command(abc.ABC):
    """命令抽象類"""
    @abc.abstractmethod
    def execute(self):
        """命令對(duì)象對(duì)外只提供execute方法"""
class StartCommand(Command):
    """開始執(zhí)行的命令"""
    def __init__(self, receiver):
        self.receiver = receiver
    def execute(self):
        return self.receiver.start()
class StopCommand(Command):
    """停止執(zhí)行的命令"""
    def __init__(self, receiver):
        self.receiver = receiver
    def execute(self):
        return self.receiver.stop()
class Client:
    """命令的調(diào)用者"""
    def __init__(self, command):
        self.command = command
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        return self.command.execute()
start = StartCommand(Receiver())
client = Client(start)
client()
stop = StopCommand(Receiver())
client = Client(stop)
client()