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Day 68：【99天精通Python】设计模式 (Design Patterns) 下篇 - 观察者与策略

前言

欢迎来到第68天！

在昨天的课程中，我们学习了如何优雅地创建对象（单例、工厂）。今天，我们来关注对象之间的交互。

• 观察者模式 (Observer)：当一个对象状态改变时，自动通知所有依赖它的对象。（例如：UP主发布视频，粉丝收到推送）。
• 策略模式 (Strategy)：定义一系列算法，让它们可以互换。（例如：地图导航可以选择"最快"、“最短”、"不走高速"等不同策略）。

本节内容：

• 观察者模式：发布-订阅机制
• 策略模式：算法的封装与替换
• Python 内置的functools.partial应用
• 实战练习：电商促销系统

一、观察者模式 (Observer)

核心思想：一对多依赖。一个主题 (Subject)，多个观察者 (Observer)。

1.1 经典实现

# 主题 (被观察者)classNewsChannel:def__init__(self):self._subscribers=[]# 订阅者列表defattach(self,observer):self._subscribers.append(observer)defdetach(self,observer):self._subscribers.remove(observer)defnotify(self,news):forsubinself._subscribers:sub.update(news)# 观察者 (接口)classSubscriber:defupdate(self,news):raiseNotImplementedError# 具体观察者classUser(Subscriber):def__init__(self,name):self.name=namedefupdate(self,news):print(f"{self.name}收到新闻:{news}")classSMSCenter(Subscriber):defupdate(self,news):print(f"[短信中心] 正在发送短信:{news}")# 使用channel=NewsChannel()user1=User("Alice")user2=User("Bob")sms=SMSCenter()channel.attach(user1)channel.attach(user2)channel.attach(sms)channel.notify("Python 3.14 发布啦！")# 输出:# Alice 收到新闻: ...# Bob 收到新闻: ...# [短信中心] ...

1.2 Pythonic 实现：信号机制

在 Django 或 PyQt 中，常用信号 (Signal)来实现观察者模式。我们可以写一个简单的 Signal 类。

classSignal:def__init__(self):self._handlers=[]defconnect(self,handler):self._handlers.append(handler)defemit(self,*args,**kwargs):forhandlerinself._handlers:handler(*args,**kwargs)# 使用video_uploaded=Signal()defnotify_fans(title):print(f"通知粉丝: 新视频《{title}》上线了")defupdate_db(title):print(f"数据库记录: 视频《{title}》已入库")video_uploaded.connect(notify_fans)video_uploaded.connect(update_db)video_uploaded.emit("设计模式详解")

二、策略模式 (Strategy)

核心思想：把算法封装成类（或函数），让它们可以互相替换。

场景：商场打折。

• 策略 A：打八折。
• 策略 B：满 100 减 20。
• 策略 C：VIP 半价。

2.1 传统实现 (面向对象)

fromabcimportABC,abstractmethod# 策略接口classDiscountStrategy(ABC):@abstractmethoddefcalculate(self,price):pass# 具体策略classNormalStrategy(DiscountStrategy):defcalculate(self,price):returnpriceclassTenPercentOffStrategy(DiscountStrategy):defcalculate(self,price):returnprice*0.9classOver100Minus20Strategy(DiscountStrategy):defcalculate(self,price):ifprice>=100:returnprice-20returnprice# 上下文 (使用策略的类)classOrder:def__init__(self,price,strategy:DiscountStrategy):self.price=price self.strategy=strategydeffinal_price(self):returnself.strategy.calculate(self.price)# 使用order=Order(100,TenPercentOffStrategy())print(f"折后价:{order.final_price()}")# 90.0

2.2 Pythonic 实现：函数即对象

Python 中函数是一等公民，没必要非得定义类。

deften_percent_off(price):returnprice*0.9defover_100_minus_20(price):returnprice-20ifprice>=100elsepriceclassOrder:def__init__(self,price,strategy_func):self.price=price self.func=strategy_funcdeffinal_price(self):returnself.func(self.price)# 使用order=Order(200,over_100_minus_20)print(f"折后价:{order.final_price()}")# 180

2.3 进阶：使用 partial 固定参数

如果策略函数需要额外的参数（比如打 n 折），可以使用functools.partial。

fromfunctoolsimportpartialdefdiscount(price,rate):returnprice*rate# 创建一个 "打8折" 的策略strategy_80=partial(discount,rate=0.8)order=Order(100,strategy_80)print(order.final_price())# 80.0

三、实战练习：电商促销系统

结合观察者和策略模式。

1. 观察者：订单支付成功后，通知库存系统（扣减）、通知物流系统（发货）、通知积分系统（加分）。
2. 策略：根据用户等级（普通、VIP）自动选择不同的计算价格策略。

# --- 1. 观察者 (Event Bus) ---classEventBus:def__init__(self):self.listeners={}defsubscribe(self,event_type,listener):ifevent_typenotinself.listeners:self.listeners[event_type]=[]self.listeners[event_type].append(listener)defpublish(self,event_type,data):ifevent_typeinself.listeners:forlistenerinself.listeners[event_type]:listener(data)bus=EventBus()# --- 2. 策略 (Pricing) ---defvip_pricing(price):returnprice*0.8defnormal_pricing(price):returnprice# --- 3. 业务逻辑 ---defon_paid(order):print(f"[库存] 扣减商品:{order['item']}")defon_paid_notify(order):print(f"[短信] 您的订单{order['id']}已支付")# 注册监听bus.subscribe("order_paid",on_paid)bus.subscribe("order_paid",on_paid_notify)classOrderSystem:defcreate_order(self,user_type,item,price):# 策略选择strategy=vip_pricingifuser_type=="vip"elsenormal_pricing final=strategy(price)order={"id":1001,"item":item,"total":final}print(f"订单创建，应付:{final}")# 模拟支付print("支付成功...")# 触发观察者bus.publish("order_paid",order)# 运行sys=OrderSystem()sys.create_order("vip","Python Book",100)

四、常见问题

Q1：什么时候用继承，什么时候用策略模式？

• 继承：是静态的。一旦定义了class VIPOrder(Order)，行为就固定了。
• 策略模式：是动态的。可以在运行时切换策略order.strategy = new_strategy。
  原则：多用组合（策略），少用继承。

Q2：Python 的装饰器算不算观察者模式？

不算。装饰器是结构型模式（Wrapper），用于增强功能。观察者是行为型模式，用于解耦通知。

五、小结

关键要点：

1. 观察者模式：一方有难，八方支援（一方变动，通知八方）。
2. 策略模式：条条大路通罗马（多种算法，随意切换）。
3. Python 的函数式特性（函数作为参数）让这两个模式实现起来非常简洁。

六、课后作业

1. 股票监控器：使用观察者模式。当股票价格变动时，通知：控制台打印器、邮件发送器（Day 43）、日志记录器（Day 33）。
2. 排序策略：编写一个Sorter类，可以接受不同的排序策略（如bubble_sort,quick_sort），对列表进行排序。
3. 游戏角色：设计一个游戏角色类，使用策略模式实现更换武器（WeaponStrategy）。比如：use_weapon()在装备"剑"时是近战伤害，装备"弓"时是远程伤害。

下节预告

Day 69：C/C++ 扩展 (CTypes/Cython)- Python 跑得慢怎么办？设计模式救不了你，但 C 语言可以！明天我们学习如何用 Python 调用 C 代码，获得百倍性能提升。

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