基础篇
Everybody Knows Design Patterns
第0章 启程之前，请不要错过我
0.1 Python精简入门
设计模式与编程语言没有关系，它是对面向对象思想的灵活应用和高度概括，你可以用任何一种语言来实现它，但还是需要用一种语言来举例。除特别说明外，本书的所有示例源码，均采用 Python 实现。如果你初次接触 Python，请务必先阅读本章的内容；如果你已经很熟悉Python，可直接跳过本章的内容。
0.1.1 Python的特点
Python崇尚优美、清晰、简单，是一种优秀并被广泛使用的语言。
与Java和C++这些语言相比，Python最大的几个特点是：
（1）语句结束不用分号“;”。
（2）代码块用缩进来控制，而不用大括号“{}”。
（3）变量使用前不用事先声明。
从其他语言刚转到Python的时候可能会有点不适应，用一段时间就好了！
个人觉得，在所有的高级计算机语言中，Python是最接近人类的自然语言的。Python的语法、风格都与英文的书写习惯非常接近，Python 的这种风格被称为 Pythonic。如条件表达式，在Java和C++语言中是这样的：
而在Python语言中是这样的：
有没有觉得第二种方式更接近人类的自然思维？
0.1.2 基本语法
1.数据类型
Python是一种动态语言，定义变量时不需要在前面加类型说明，而且不同类型之间可以方便地相互转换。Python有五个标准的数据类型：
（1）Numbers（数字）
（2）String（字符串）
（3）List（列表）
（4）Tuple（元组）
（5）Dictionary（字典）
其中 List、Tuple、Dictionary 为容器，将在下一部分介绍。Python 支持四种不同的数字类型：int（有符号整型）、float（浮点型）、complex（复数）（说明：Python 3中已去除long类型，与int类型合并）。
每个变量在使用前都必须赋值，变量赋值以后才会被创建。
源码示例0-1
输出结果：
2.常用容器
1）List
List（列表）是Python中使用最频繁的数据类型，用“[]”标识。列表可以完成大多数集合类的数据结构实现，类似于Java中的ArrayList和C++中的Vector。此外，一个List中还可以同时包含不同类型的数据，支持字符、数字、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变量[头下标：尾下标]，这样就可以截取相应的列表，从左到右索引默认从0开始，从右到左索引默认从-1开始，下标可以为空（表示取到头或尾）。
（2）加号（+）是列表连接运算符，星号（*）是重复操作。
源码示例0-2
输出结果：
2）Tuple
Tuple（元组）是另一种数据类型，用“（）”标识，内部元素用逗号隔开。元组不能二次赋值，相当于只读列表，用法与List类似。Tuple相当于Java中的final数组和C++中的const数组。
源码示例0-3
输出结果：
3）Dictionary
Dictionary（字典）是Python中除列表以外最灵活的内置数据结构类型。字典用“{ }”标识，由索引（key）和它对应的值value组成。相当于Java和C++中的Map。
列表是有序的对象集合，字典是无序的对象集合。两者之间的区别在于：字典中的元素通过键存取，而不通过偏移存取。
源码示例0-4
结果：
3.类的定义
使用class语句来创建一个新类，class之后为类的名称并以冒号结尾，实例如下：
类的帮助信息可以通过 ClassName._doc_查看，类体（class_suite）由类成员、方法、数据属性组成，举例如下。
源码示例0-5
其中_init_为初始化函数，相当于构造函数。
1）访问权限
● _foo_：定义的是特殊方法，一般是系统定义名字，类似_init_（）。
● _foo：以单下画线开头时表示的是 protected 类型的变量，即保护类型只允许其本身与子类进行访问，不能用于 from module import *。
● __foo：以双下画线开头时，表示的是私有类型（private）的变量，即只允许这个类本身进行访问。
2）类的继承
类的继承语法结构如下：
Python中继承中的一些特点：
（1）在继承中基类的初始化方法_init_（）不会被自动调用，它需要在其派生类的构造中亲自专门调用。
（2）在调用基类的方法时，需要使用super（）前缀。
（3）Python总是首先查找对应类型的方法，不能在派生类中找到对应的方法时，它才开始到基类中逐个查找（先在本类中查找调用的方法，找不到才去基类中找）。
如果在继承元组中列了一个以上的类，那么它就被称作“多重继承”。
3）基础重载方法
Python的类中有很多内置的基础重载方法，我们可以通过重写这些方法来实现一些特殊的功能。这些方法如表0-1所示。
表0-1 基础重载方法
0.1.3 一个例子让你顿悟
我们将一段 Java 代码对应到 Python 中来实现，进行对比阅读，相信你很快就能明白其中的用法。
源码示例0-6 Java代码
源码示例0-7 对应的Python代码
源码示例0-6和源码示例0-7的结果是一样的，如下：
0.1.4 重要说明
（1）为了降低程序复杂度，本书用到的所有示例代码均不考虑多线程安全，望借鉴源码的读者注意。
（2）本书所有源码均在Python 3.6.3下编写，Python 3.0以上都可以正常运行。
（3）源码地址：https://github.com/luoweifu/PyDesignPattern，本书所有源代码可在此免费阅读和下载。
0.2 UML精简概述
0.2.1 UML的定义
UML是英文 Unified Modeling Language 的缩写，简称UML（统一建模语言），它是一种由一整套图组成的标准化建模语言，用于帮助系统开发人员阐明、设计和构建软件系统。
UML 的这一整套图被分为两组，一组叫结构性图，包含类图、组件图、部署图、对象图、包图、组合结构图、轮廓图；一组叫行为性图，包含用例图、活动图（也叫流程图）、状态机图、序列图、通信图、交互图、时序图。其中类图是应用最广泛的一种图，经常被用于软件架构设计中。
0.2.2 常见的关系
类图用于表示不同的实体（人、事物和数据），以及它们彼此之间的关系。该图描述了系统中对象的类型以及它们之间存在的各种静态关系，是一切面向对象方法的核心建模工具。
UML 类图中最常见的几种关系有：泛化（Generalization）、实现（Realization）、组合（Composition）、聚合（Aggregation）、关联（Association）和依赖（Dependency）。这些关系的强弱顺序为：泛化=实现 > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖。
1.泛化
泛化（Generalization）是一种继承关系，表示一般与特殊的关系，它指定了子类如何特化父类的所有特征和行为。
如：哺乳动物具有恒温、胎生、哺乳等生理特征，猫和牛都是哺乳动物，也都具有这些特征，但除此之外，猫会捉老鼠，牛会耕地，如图0-1所示。
图0-1 泛化
2.实现
实现（Realization）是一种类与接口的关系，表示类是接口所有特征和行为的实现。
如：蝙蝠也是哺乳动物，它除具有哺乳动物的一般特征之外，还会飞，我们可以定义一个IFlyable的接口，表示飞行的动作，而蝙蝠需要实现这个接口，如图0-2所示。
图0-2 实现
3.组合
组合（Composition）也表示整体与部分的关系，但部分离开整体后无法单独存在。因此，组合与聚合相比是一种更强的关系。
如：我们的电脑由CPU、主板、硬盘、内存组成，电脑与CPU、主板、硬盘、内存是整体与部分的关系，但如果让CPU、主板等组件单独存在，就无法工作，因此没有意义，如图0-3所示。
图0-3 组合
4.聚合
聚合（Aggregation）是整体与部分的关系，部分可以离开整体而单独存在。
如：一个公司会有多个员工，但员工可以离开公司单独存在，离职了依然可以好好地活着，如图0-4所示。
图0-4 聚合
5.关联
关联（Association）是一种拥有关系，它使一个类知道另一个类的属性和方法。关联可以是双向的，也可以是单向的。
如：一本书会有多个读者，一个读者也可能会有多本书，书和读者是一种双向的关系（也就是多对多的关系）；但一本书通常只会有一个作者，是一种单向的关系（就是一对一的关系，也可能是一对多的关系，因为一个作者可能会写多本书），如图0-5所示。
图0-5 关联
6.依赖
依赖（Dependency）是一种使用的关系，即一个类的实现需要另一个类的协助，所以尽量不要使用双向的互相依赖。
如：所有的动物都要吃东西才能活着，动物与食物就是一种依赖关系，动物依赖食物而生存，如图0-6所示。
图0-6 依赖