设计模式与代码重用：提升代码复用性和可维护性

# 1. 设计模式概述**

设计模式是一种可重用的解决方案，用于解决软件设计中常见的编程问题。它们提供了一种经过验证的方法来设计和实现软件系统，从而提高代码的可重用性、可维护性和可扩展性。

设计模式通常分为三类：创建型、结构型和行为型。创建型模式处理对象创建，结构型模式处理对象组织，而行为型模式处理对象之间的通信。

理解设计模式对于软件开发人员至关重要，因为它可以帮助他们创建更健壮、更灵活且更易于维护的软件应用程序。

# 2. 设计模式的分类与应用

### 2.1 创建型模式

创建型模式主要用于创建对象，它们提供了创建对象的不同方式，以满足不同的需求。

#### 2.1.1 工厂模式

**定义：**
工厂模式提供了一个接口，用于创建对象，而无需指定创建对象的具体类。

**优点：**
- 解耦客户端和具体产品类
- 易于扩展，添加新产品类时无需修改客户端代码
- 提高代码的可读性和可维护性

**代码示例：**

class Factory:
    def create_product(self, product_type):
        if product_type == "A":
            return ProductA()
        elif product_type == "B":
            return ProductB()
        else:
            raise ValueError("Invalid product type")

class ProductA:
    def __init__(self):
        print("Creating ProductA")

class ProductB:
    def __init__(self):
        print("Creating ProductB")

# 使用工厂
factory = Factory()
product_a = factory.create_product("A")
product_b = factory.create_product("B")

**逻辑分析：**
工厂类提供了一个 `create_product()` 方法，该方法根据指定的 `product_type` 参数创建相应的产品类。客户端代码通过工厂类创建对象，而无需知道具体的产品类。

#### 2.1.2 单例模式

**定义：**
单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。

**优点：**
- 确保类只有一个实例
- 简化对全局对象的访问
- 避免创建多个实例导致的资源浪费

**代码示例：**

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

# 使用单例
singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()
print(singleton1 is singleton2)  # True

**逻辑分析：**
`Singleton` 类重写了 `__new__()` 方法，该方法在创建新实例时被调用。如果 `_instance` 属性为 `None`，则创建一个新实例并将其存储在 `_instance` 中。否则，返回现有的实例。

#### 2.1.3 建造者模式

**定义：**
建造者模式将对象的创建过程与表示对象的表示分离。它允许使用不同的建造者来创建具有不同配置的对象。

**优点：**
- 将对象的创建过程与表示分离
- 允许创建具有不同配置的对象
- 提高代码的可读性和可维护性

**代码示例：**

class Builder:
    def __init__(self):
        self.product = None

    def build_part_a(self):
        pass

    def build_part_b(self):
        pass