Fluent Python 笔记 —— 使用一等函数实现设计模式

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Fluent Python 笔记 —— 使用一等函数实现设计模式

“策略模式”:定义一系列算法,把它们一一封装,并且使它们之间可以相互替换。本模式使得算法可以独立于使用它的对象而变化

电商领域有个明显的功能可以使用“策略”模式,即根据客户的属性或订单中的商品计算折扣。

假如有如下折扣规则:

  • 有 1000 或以上积分的顾客,每个订单享 5% 折扣
  • 同一订单中,单个商品数量达到 20 个或以上,享 10% 折扣
  • 订单中的不同商品达到 10 个或以上,享 7% 折扣

如上述 UML 图,上下文提供服务,会把一些计算委托给实现不同算法的可互换组件。本例中是订单 Order,会根据不同算法计算促销折扣;

策略指实现不同算法的组件共用的接口。本例中是名为 Promotion 的抽象类;

具体策略即“策略”的具体子类,FidelityPromo、BulkPromo 和 LargeOrderPromo 是这里实现的三个具体策略。

from abc import ABC, abstractmethod
from collections import namedtuple
Customer = namedtuple('Customer', 'name fidelity')
class LineItem:
def __init__(self, product, quantity, price):
self.product = product
self.quantity = quantity
self.price = price
def total(self):
return self.price * self.quantity
class Order:  # 上下文
def __init__(self, customer, cart, promotion=None):
self.customer = customer
self.cart = list(cart)
self.promotion = promotion
def total(self):
if not hasattr(self, '__total'):
self.__total = sum(item.total() for item in self.cart)
return self.__total
def due(self):
if self.promotion is None:
discount = 0
else:
discount = self.promotion.discount(self)
return self.total() - discount
def __repr__(self):
fmt = '<Order total: {:.2f} due: {:.2f}>'
return fmt.format(self.total(), self.due())
class Promotion(ABC):  # 策略:抽象基类
@abstractmethod
def discount(self, order):
"""返回折扣金额"""
class FidelityPromo(Promotion):
"""为积分为1000或以上的顾客提供5%折扣"""
def discount(self, order):
return order.total() * .05 if order.customer.fidelity >= 1000 else 0
class BulkItemPromo(Promotion):
"""单个商品为20个或以上时提供10%折扣"""
def discount(self, order):
discount = 0
for item in order.cart:
if item.quantity >= 20:
discount += item.total() * .1
return discount
class LargeOrderPromo(Promotion):
"""订单中的不同商品达到10个或以上时提供7%折扣"""
def discount(self, order):
distinct_items = {item.product for item in order.cart}
if len(distinct_items) >= 10:
return order.total() * .07
return 0

执行效果:

>>> from order import *
>>> joe = Customer('John Doe', 0)
>>> ann = Customer('Ann Smith', 1100)
>>> cart = [LineItem('banana', 4, .5), LineItem('apple', 10, 1.5), LineItem('watermellon', 5, 5.0)]
>>> Order(joe, cart, FidelityPromo())
<Order total: 42.00 due: 42.00>
>>> Order(ann, cart, FidelityPromo())
<Order total: 42.00 due: 39.90>
>>> banana_cart = [LineItem('banana', 30, .5), LineItem('apple', 10, 1.5)]
>>> Order(joe, banana_cart, BulkItemPromo())
<Order total: 30.00 due: 28.50>
>>> long_order = [LineItem(str(item_code), 1, 1.0) for item_code in range(10)]
>>> Order(joe, long_order, LargeOrderPromo())
<Order total: 10.00 due: 9.30>

使用函数实现策略模式

from collections import namedtuple
Customer = namedtuple('Customer', 'name fidelity')
class LineItem:
def __init__(self, product, quantity, price):
self.product = product
self.quantity = quantity
self.price = price
def total(self):
return self.price * self.quantity
class Order:
def __init__(self, customer, cart, promotion=None):
self.customer = customer
self.cart = list(cart)
self.promotion = promotion
def total(self):
if not hasattr(self, '__total'):
self.__total = sum(item.total() for item in self.cart)
return self.__total
def due(self):
if self.promotion is None:
discount = 0
else:
discount = self.promotion(self)
return self.total() - discount
def __repr__(self):
fmt = '<Order total: {:.2f} due: {:.2f}>'
return fmt.format(self.total(), self.due())
def fidelity_promo(order):
return order.total() * .05 if order.customer.fidelity >= 1000 else 0
def bulk_item_promo(order):
discount = 0
for item in order.cart:
if item.quantity >= 20:
discount += item.total() * .1
return discount
def large_order_promo(order):
distince_items = {item.product for item in order.cart}
if len(distince_items) >= 10:
return order.total() * .07
return 0

计算折扣只需调用 self.promotion() 函数,无需涉及到抽象类。各个策略都是由函数实现的。

为了把折扣策略应用到 Order 实例上,只需把促销函数作为参数传入。

执行效果:

>>> from order_fun import *
>>> joe = Customer('John Doe', 0)
>>> ann = Customer('Ann Smith', 1100)
>>> cart = [LineItem('banana', 4, .5), LineItem('apple', 10, 1.5), LineItem('watermellon', 5, 5.0)]
>>> Order(joe, cart, fidelity_promo)
<Order total: 42.00 due: 42.00>
>>> Order(ann, cart, fidelity_promo)
<Order total: 42.00 due: 39.90>
>>> banana_cart = [LineItem('banana', 30, .5), LineItem('apple', 10, 1.5)]
>>> Order(joe, banana_cart, bulk_item_promo)
<Order total: 30.00 due: 28.50>
>>> long_order = [LineItem(str(item_code), 1, 1.0) for item_code in range(10)]
>>> Order(joe, long_order, large_order_promo)
<Order total: 10.00 due: 9.30>

具体策略一般没有内部状态,只是处理上下文中的数据。因此一定要使用普通的函数,而无需编写只有一个方法的类,再去实现另一个类声明的单函数接口。函数比用户自定义类的实例更为轻量,各个策略函数在 Python 编译模块时只会创建一次。即普通的函数是可共享的对象,可以同时在多个上下文中使用。

选择最佳策略

在上述代码的基础上,添加 best_promo 函数计算所有折扣,并返回额度最大的。

promos = [fidelity_promo, bulk_item_promo, large_order_promo]
def best_promo(order):
return max(promo(order) for promo in promos)

与其他几个 *_promo 函数一样, best_promo 函数的参数是一个 Order 实例。使用生成器表达式把 order 传给 promos 列表中的各个函数,返回折扣额度最大的促销策略。

虽然上述代码可用且易于阅读,但若想添加新的促销策略,除了定义新的折扣函数以外,还应注意记得把新定义的函数添加到 promos 列表中。

可以使用内置的 globals() 函数找出模块中的全部策略。 globals() 函数会返回一个字典,包含针对当前模块的全局符号表(对函数或方法来说,“当前模块”指的是定义它们的模块,而不是调用它们的模块)。

promos = [globals()[name] for name in globals()
if name.endswith('_promo')
and name != 'best_promo']
def best_promo(order):
return max(promo(order) for promo in promos)

动态收集促销折扣函数更为显式的一种方案是使用简单的装饰器。参考下一章节。

使用装饰器改进策略模式

使用注册装饰器可以改进前面的电商促销折扣示例。

之前的主要问题是,定义体中有函数名称,但 best_promo 用来判断哪个折扣幅度最大的 promos 列表中也有函数名称。这种重复导致新增折扣函数后可能会忘记把它添加到 promos 列表中,导致 best_promos 忽略新策略且不报错,为系统引入了不易察觉的缺陷。

promos = []
def promotion(promo_func):
promos.append(promo_func)
return promo_func
@promotion
def fidelity(order):
return order.total() * .05 if order.customer.fidelity >= 1000 else 0
@promotion
def bulk_item(order):
discount = 0
for item in order.cart:
if item.quantity >= 20:
discount += item.total() * .1
return discount
@promotion
def large_order(order):
discount_items = {item.product for item in order.cart}
if len(discount_items) >= 10:
return order.total() * .07
return 0
def best_promo(order):
return max(promo(order) for promo in promos)

promos 列表起初是空的,promotion 把 promo_func 添加到 promos 列表中,然后原封不动地将其返回。即被 @promotion 装饰的函数都会 提前 添加到 promos 列表中(装饰器在被装饰的函数定义之后(通常是在导入时)立即运行)。

相比于之前的方案,此方案有以下几个优点:

  • 促销函数无需使用特殊的名称(即不用以 _promo 结尾)
  • @promotion 装饰器突出了被装饰的函数的作用,还便于临时禁用某个促销策略:只需把装饰器注释掉
  • 促销折扣策略可以在其他模块中定义,只要使用 @promotion 装饰即可

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