設計模式 (Design Patterns) 是一套被反覆驗證過的、解決特定軟體設計問題的最佳實踐。雖然 Python 的動態特性讓我們常常可以用更簡單的語法 (如一級函數、模組) 來取代傳統的 OOP 設計模式，但理解這些模式依然對架構大型系統非常有幫助。
本章將介紹三種最常見的模式。
1. 單例模式 (Singleton Pattern)
目的：確保一個類別只有一個實例 (Instance)，並提供一個全域存取點。例如：資料庫連線池、全域設定檔。
Pythonic 的實作方式
在 Python 中，其實模組 (Module) 本身就是天然的 Singleton！
# db_config.py
class Database:
def __init__(self):
print("Loading Database Config...")
db = Database() # 模組載入時只會執行一次
# main.py
# from db_config import db
# 這裡 import 到的 db 永遠是同一個物件
經典實作 (覆寫 __new__)
如果你堅持要用 Class 來實作：
class Singleton:
_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance is None:
# 只有第一次會建立物件
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2) # True (兩個變數指向同一個記憶體位址)
2. 工廠模式 (Factory Pattern)
目的：將物件的建立邏輯封裝起來，讓客戶端程式碼不需知道具體的類別名稱。我們在第 18 章看過的 @classmethod 就是一種簡單的工廠。
簡單工廠 (Simple Factory)
class Dog:
def speak(self):
return "Woof!"
class Cat:
def speak(self):
return "Meow!"
class AnimalFactory:
@staticmethod
def create_animal(animal_type):
if animal_type == "dog":
return Dog()
elif animal_type == "cat":
return Cat()
else:
raise ValueError("Unknown animal type")
# 客戶端只需要知道 Factory，不需要直接 import Dog 或 Cat
pet = AnimalFactory.create_animal("dog")
print(pet.speak())
這在需要根據設定檔動態決定建立什麼物件時非常有用。
3. 觀察者模式 (Observer Pattern)
目的：定義物件間的一對多依賴關係，當一個物件狀態改變時，所有依賴它的物件都會收到通知並自動更新。這在 UI 事件處理 (Event Handling) 非常常見。
class Subject:
def __init__(self):
self._observers = []
def attach(self, observer):
self._observers.append(observer)
def notify(self, message):
for observer in self._observers:
observer.update(message)
class Observer:
def update(self, message):
raise NotImplementedError
class EmailAlert(Observer):
def update(self, message):
print(f"[Email] 收到通知: {message}")
class LogSystem(Observer):
def update(self, message):
print(f"[Log] 寫入日誌: {message}")
# 建立主題
news_publisher = Subject()
# 訂閱
news_publisher.attach(EmailAlert())
news_publisher.attach(LogSystem())
# 發送通知
news_publisher.notify("伺服器當機了！")
輸出：
[Email] 收到通知: 伺服器當機了！
[Log] 寫入日誌: 伺服器當機了！
這達成了 鬆耦合 (Loose Coupling)：Subject 不需要知道具體是誰在訂閱，只負責發送通知。
4. 總結
設計模式是軟體工程師的共同語言。學習模式不是為了要把簡單的問題複雜化，而是為了在面對複雜需求時，腦中有現成的架構藍圖。
Batch 4 (OOP & Advanced Topics) 重點回顧：
- Ch 16: 繼承與多型 (Inheritance, Polymorphism)
- Ch 17: 魔術方法 (Magic Methods)
- Ch 18: 類別工具 (@property, @classmethod)
- Ch 19: 上下文管理器 (Context Managers)
- Ch 20: 設計模式 (Singleton, Factory, Observer)
我們已經完成了 Python 教學 2/3 的路程！下一階段 Batch 5 將帶領大家進入 檔案處理、異常處理進階與虛擬環境 等實戰領域。
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