Python的单件模式（Singleton）和接口模式（Interface）

• 前言
• 单件模式
• 作用
• C++实现
• Python实现
• 评价

• 作用
• C++实现
• Python实现
• 评价

前言

近些年来，python的使用率越来越高，各种库的下载、安装和调用也远比C语言方便的多。为了和时代接轨，我老板一门课的大作业代码需要从原来的C++代码转变为Python版本的代码。

由于是工程计算的代码，涉及到的程序设计模式就只有单件模式（Singleton）和接口模式（Interface）。这里简单地介绍一下并给出python的代码实现。

单件模式

作用

单件模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

1. 保证：需要从代码上确保运行时单件类仅仅只有一个实例；
2. 访问：需要存在一个方法（method）能够返回那一个实例；

C++实现

// ADD.h
class ADD
{
private:
static ADD* _instance;	// The unique instance during Runtime
int x;
protected:
ADD();
public:
static ADD* Instance(); // The Acess to the unique instance
int get_x() {return x;}
void self_add() {x++;}
};

// ADD.cpp
#include "ADD.h"
ADD* ADD::_instance = nullptr;
ADD::ADD()
{
x = 0;
}
ADD* ADD::Instance()
{
if (!_instance)
_instance = new ADD();
return _instance;
}

// main.cpp
#include "ADD.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
ADD* A1 = ADD::Instance();
A1.self_add();
cout << A1.get_x() << endl;
ADD* A2 = ADD::Instance();
A2.self_add();
cout << A2.get_x() << endl;
return 0;
}

Python实现

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
class Singleton(object):
_Instance = {}

def __init__(self, cls):
self.cls = cls

def __call__(self, *args, **kwargs):
instance = self._Instance.get(self.cls, None)
if not instance:
instance = self.cls(*args, **kwargs)
self._Instance[self.cls] = instance
return instance

def __getattr__(self, item):
return getattr(self.cls, item, None)

if __name__ == "__main__":
@Singleton
class ADD(object):
def __init__(self):
self.x = 0

def self_add(self):
self.x += 1

A1 = ADD()
A1.self_add()
print(A1.x)
A2 = ADD()
print(A2.x)
A2.self_add()
print(A2.x)

评价

从上述两段代码可以看出，python的单件模式实现起来更为简单，并且代码的重用率较高。C++需要针对每一个单件类进行单件模式的实现，而python只需要实现一次，然后在每个单件类前==@Singleton==即可。

接口模式

作用

将提供相同功能的类抽象出一个接口类，该接口类中定义这些相同功能的接口函数，并且所有类需要继承这个接口类并且重载相应的接口函数。

1. 抽象的接口类：该接口类不能被实例化；
2. 继承并重载：子类需要重载全部的接口函数，否则无法实例化；

C++实现

class Base_Add
{
public:
int x;
Base_Add() {x = 0;}
virtual void self_add() = 0; // 存在纯虚函数的类无法实例化
};

class Add_1: public Base_Add
{
public:
Add_1(): Base_Add() {}
virtual void self_add() {x += 1;}
};

class Add_2: public Base_Add
{
public:
Add_2(): Base_Add() {}
virtual void self_add() {x += 2;}
};

Python实现

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import abc

class Base_Add(metaclass=abc.ABCMeta):
def __init__(self):
self.x = 0

@abc.abstractmethod
def self_add(self):
pass

class Add_1(Base_Add):
def __init__(self):
super().__init__()

def self_add(self):
self.x += 1

class Add_2(Base_Add):
def __init__(self):
super().__init__()

def self_add(self):
self.x += 2

评价

C++和Python的接口模式的实现基本一致，C++中使用纯虚函数、Python中使用抽象类的abc.abstractmethod来保证基类无法实例化。