Python 中常见设计模式的教程：聚焦于继承、多态与行为模式

欢迎来到这个教程！我们将基于面向对象编程（OOP）的核心概念（如继承、多态），探讨几个常见的类似设计模式。这些模式常用于处理可变行为、接口一致性和系统扩展，比如你之前的通知系统设计（使用抽象基类实现多态）。教程将从基础解释开始，逐步深入到代码实现和实际应用。

我会用Python示例，因为它简单且支持抽象基类（ABC）。假设你有基本的Python知识（如类、继承）。每个模式后，我会比较它与你设计的相似性，并给出优化建议。

1. 准备工作：理解核心OOP概念

继承（Inheritance）：子类从父类（或基类）获取属性和方法。用于代码复用，但过度使用可能导致紧耦合。
多态（Polymorphism）：同一方法名在不同类中实现不同行为。通过基类引用调用子类方法。
抽象基类（ABC）：使用from abc import ABC, abstractmethod定义接口，强制子类实现抽象方法。

示例基础代码（你的通知系统简化版）：

from abc import ABC, abstractmethod

class NotificationBot(ABC):
    @abstractmethod
    def send_message(self, message):
        pass

class EmailBot(NotificationBot):
    def send_message(self, message):
        print(f"发送邮件: {message}")

class SmsBot(NotificationBot):
    def send_message(self, message):
        print(f"发送短信: {message}")

# 多态使用
def notify(bot: NotificationBot, msg: str):
    bot.send_message(msg)

notify(EmailBot(), "Hello!")  # 输出: 发送邮件: Hello!

这展示了继承（EmailBot/SmsBot 继承 NotificationBot）和多态（notify 函数统一调用）。

2. 策略模式（Strategy Pattern）

解释

策略模式将算法或行为封装成独立类，通过上下文类动态选择。适合当行为需要运行时切换时（如通知系统切换平台）。

为什么用？：避免if-else分支，提高灵活性。
组件：策略接口（抽象基类）、具体策略（子类）、上下文（使用策略的类）。

与你设计的相似性

你的NotificationBot就是策略接口，send_message是行为。相似，但策略模式更强调动态注入（e.g., setter方法）。

代码实现

from abc import ABC, abstractmethod

# 策略接口
class SortStrategy(ABC):
    @abstractmethod
    def sort(self, data):
        pass

# 具体策略
class BubbleSort(SortStrategy):
    def sort(self, data):
        return sorted(data)  # 简化实现

class QuickSort(SortStrategy):
    def sort(self, data):
        return sorted(data, reverse=True)  # 简化

# 上下文
class Sorter:
    def __init__(self, strategy: SortStrategy):
        self.strategy = strategy

    def set_strategy(self, strategy: SortStrategy):
        self.strategy = strategy  # 动态切换

    def perform_sort(self, data):
        return self.strategy.sort(data)

# 使用
sorter = Sorter(BubbleSort())
print(sorter.perform_sort([3, 1, 2]))  # [1, 2, 3]
sorter.set_strategy(QuickSort())
print(sorter.perform_sort([3, 1, 2]))  # [3, 2, 1]

应用场景

支付系统：策略为支付宝/微信。
优化你的设计：添加setter到NotificationBot，实现动态切换平台。

3. 模板方法模式（Template Method Pattern）

解释

基类定义算法骨架（固定步骤），子类实现可变部分。适合流程固定但细节变的情况。

为什么用？：确保核心流程一致，同时允许自定义。
组件：抽象基类（定义模板方法）、钩子方法（抽象，子类实现）。

与你设计的相似性

你的抽象方法send_message像钩子。如果添加通用步骤（如日志记录），就更像模板方法。

代码实现

from abc import ABC, abstractmethod

class Game(ABC):
    def play(self):  # 模板方法：固定流程
        self.initialize()
        self.start()
        self.end()

    @abstractmethod
    def initialize(self):
        pass

    @abstractmethod
    def start(self):
        pass

    @abstractmethod
    def end(self):
        pass

class Chess(Game):
    def initialize(self):
        print("设置棋盘")

    def start(self):
        print("开始下棋")

    def end(self):
        print("游戏结束")

# 使用
Chess().play()
# 输出:
# 设置棋盘
# 开始下棋
# 游戏结束

应用场景

报告生成：基类定义“加载数据 -> 处理 -> 输出”，子类自定义处理。
优化你的设计：在NotificationBot添加模板如def notify(self, msg): self.log(); self.send_message(msg);，子类只实现send_message。

4. 桥接模式（Bridge Pattern）

解释

分离抽象和实现，使用组合（has-a）而非继承。适合多维度变化（如形状+颜色）。

为什么用？：避免继承爆炸，提高独立扩展。
组件：抽象（接口）、实现（独立接口）、桥接（抽象持有实现）。

与你设计的相似性

你的设计用继承；桥接用组合，更灵活。如果你的Bot有多个变体（如协议+平台），桥接更好。

代码实现

from abc import ABC, abstractmethod

# 实现接口
class Color(ABC):
    @abstractmethod
    def fill(self):
        pass

class Red(Color):
    def fill(self):
        return "红色"

class Blue(Color):
    def fill(self):
        return "蓝色"

# 抽象接口（桥接）
class Shape(ABC):
    def __init__(self, color: Color):
        self.color = color

    @abstractmethod
    def draw(self):
        pass

class Circle(Shape):
    def draw(self):
        return f"画圆圈，颜色：{self.color.fill()}"

# 使用
print(Circle(Red()).draw())  # 画圆圈，颜色：红色