2025年P(guān)ython二級考試模擬試卷：面向?qū)ο笤O(shè)計模式考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.以下哪個設(shè)計模式的主要目的是確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點(diǎn)？A.工廠方法模式B.單例模式C.觀察者模式D.裝飾器模式2.當(dāng)你想要動態(tài)地向一個對象添加額外的職責(zé)，而不想通過創(chuàng)建子類來增加功能時，最適合使用哪種設(shè)計模式？A.策略模式B.裝飾器模式C.狀態(tài)模式D.適配器模式3.以下哪個模式定義了一個操作中的算法骨架，而將一些步驟延遲到子類中？A.模板方法模式B.策略模式C.命令模式D.觀察者模式4.適配器模式的主要目的是什么？A.創(chuàng)建對象B.提供一個統(tǒng)一的接口C.動態(tài)添加職責(zé)D.解耦抽象和實現(xiàn)5.以下哪個模式屬于創(chuàng)建型模式？A.策略模式B.外觀模式C.工廠方法模式D.責(zé)任鏈模式6.以下哪個模式屬于行為型模式？A.抽象工廠模式B.組合模式C.觀察者模式D.原型模式7.在Python中，類裝飾器的主要作用是什么？A.創(chuàng)建類的實例B.基于類名查找模塊C.修改或增強(qiáng)類的行為D.定義類的繼承關(guān)系8.以下哪個設(shè)計模式適用于表示一個作用于某對象結(jié)構(gòu)中的各元素的操作，且在不改變各元素類的前提下定義新操作？A.訪問者模式B.組合模式C.策略模式D.工廠方法模式9.當(dāng)一個類的職責(zé)變得過于復(fù)雜，可以將其部分職責(zé)轉(zhuǎn)移到另一個對象上時，可以考慮使用哪種設(shè)計模式的思想？A.單例B.適配器C.代理D.責(zé)任鏈10.以下哪個設(shè)計模式有助于將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶期望的另一個接口？A.裝飾器B.適配器C.橋接D.外觀二、填空題1.設(shè)計模式是一套被反復(fù)使用的、經(jīng)過分類編目的、代碼設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，它描述了在特定場景下，如何解決一個普遍存在的設(shè)計問題。2.在單例模式中，通常通過將構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為______來確保只有一個實例被創(chuàng)建。3.裝飾器模式可以動態(tài)地給一個對象添加一些額外的______。4.觀察者模式中，被觀察的對象稱為______，觀察者對象稱為______。5.策略模式允許算法的變化獨(dú)立于使用算法的客戶。6.工廠方法模式中，定義了一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個______。7.抽象工廠模式提供了一個接口，用于創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴的對象，而無需指定它們的具體______。8.適配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類可以______。9.在Python中，可以使用______或______來實現(xiàn)裝飾器模式。10.組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有______。三、簡答題1.簡述工廠方法模式和抽象工廠模式的區(qū)別。在什么場景下更適合使用抽象工廠模式？2.描述觀察者模式的結(jié)構(gòu)，包括主要角色及其職責(zé)。請舉一個生活中的例子說明觀察者模式的應(yīng)用。3.解釋什么是裝飾器模式。與繼承擴(kuò)展功能相比，裝飾器模式有哪些優(yōu)點(diǎn)？4.簡述單例模式的核心思想。在Python中，除了常見的實現(xiàn)方法外，還有哪些方法可以實現(xiàn)單例模式？（至少寫出兩種）四、編程實現(xiàn)題1.請使用裝飾器模式，為計算矩形面積的功能（定義一個`Rectangle`類，包含寬`width`和高`height`屬性，以及計算面積`calculate_area`方法）增加一個裝飾器，使其能夠計算并打印出矩形的周長（要求裝飾器不改變原有`Rectangle`類的代碼結(jié)構(gòu)）。2.請使用工廠方法模式，設(shè)計一個簡單的圖形系統(tǒng)。定義一個基礎(chǔ)圖形接口`Shape`，以及兩個具體圖形類`Circle`和`Square`。創(chuàng)建一個`ShapeFactory`類，其中定義一個`create_shape`方法，該方法根據(jù)傳入的參數(shù)（如`type`）返回`Circle`實例或`Square`實例。然后編寫代碼，使用工廠創(chuàng)建一個圓形和一個正方形，并調(diào)用它們的繪制方法（假設(shè)`Circle`和`Square`類都有一個`draw`方法）。五、閱讀代碼與分析題```pythonclassSubject:def__init__(self):self._observers=[]defattach(self,observer):ifobservernotinself._observers:self._observers.append(observer)defdetach(self,observer):try:self._observers.remove(observer)exceptValueError:passdefnotify(self):forobserverinself._observers:observer.update(self)classObserver:defupdate(self,subject):passclassConcreteObserverA(Observer):defupdate(self,subject):print("ConcreteObserverA:Reactedtotheevent.")classConcreteObserverB(Observer):defupdate(self,subject):print("ConcreteObserverB:Reactedtotheevent.")#客戶端代碼subject=Subject()observer_a=ConcreteObserverA()observer_b=ConcreteObserverB()subject.attach(observer_a)subject.attach(observer_b)subject.notify()subject.detach(observer_a)subject.notify()```請分析以上代碼實現(xiàn)了哪種設(shè)計模式？簡要說明其核心結(jié)構(gòu)（包含主要角色）以及代碼中各部分的作用。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.A4.D5.C6.C7.C8.A9.B10.B二、填空題1.經(jīng)驗2.私有（或`__init__`）3.職責(zé)（或功能）4.觀察者（或Subject）5.獨(dú)立6.類7.類型（或類）8.一起工作9.函數(shù)裝飾器10.一致性三、簡答題1.區(qū)別：*工廠方法模式：定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，但由子類決定實例化哪一個類。即創(chuàng)建對象的類在子類中。*抽象工廠模式：提供一個接口，用于創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴的對象，而無需指定它們的具體類。即創(chuàng)建一系列相關(guān)對象的接口在抽象工廠中。*抽象工廠模式更適用于當(dāng)一個系統(tǒng)需要處理不同系列的產(chǎn)品，并且這些產(chǎn)品之間是相互關(guān)聯(lián)的時候。解析思路：理解兩種模式的核心定義和職責(zé)劃分。工廠方法是“創(chuàng)建一個類”，抽象工廠是“創(chuàng)建一個系列”。關(guān)鍵在于區(qū)分它們管理的對象范圍和創(chuàng)建方式。2.結(jié)構(gòu)：*主要角色：主題（Subject，被觀察者）、觀察者（Observer，關(guān)注主題的對象）、具體觀察者（ConcreteObserver，實現(xiàn)Observer接口的具體類）、抽象觀察者（Observer，Observer的接口）、抽象主題（Subject，主題的接口）。*職責(zé)：*主題：維護(hù)一個觀察者列表，提供注冊、移除、通知觀察者的方法。*觀察者：定義一個更新接口，被主題調(diào)用以響應(yīng)變化。*具體觀察者：實現(xiàn)更新接口，執(zhí)行具體反應(yīng)。生活中的例子：天氣預(yù)報和手機(jī)天氣應(yīng)用。天氣預(yù)報（主題）發(fā)布天氣變化信息，多個手機(jī)天氣應(yīng)用（觀察者）訂閱這些信息，當(dāng)天氣預(yù)報更新時，所有訂閱的應(yīng)用收到通知并更新顯示。解析思路：回憶觀察者模式的核心思想（一對多依賴關(guān)系，通知機(jī)制）。識別代碼中的主題和觀察者角色，理解`attach`,`detach`,`notify`方法的作用。舉例時需符合一對多和通知的特征。3.解釋：裝飾器模式是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式，它允許向一個現(xiàn)有的對象添加新的功能，同時又不改變其結(jié)構(gòu)。它是通過創(chuàng)建一個新的裝飾類，該類“包裹”了原有的對象，并在其基礎(chǔ)上提供額外的功能。優(yōu)點(diǎn)：*符合開閉原則：對擴(kuò)展開放，對修改封閉。增加功能只需添加新的裝飾器類，無需修改現(xiàn)有代碼。*提供比繼承更靈活的擴(kuò)展方式：可以動態(tài)組合多個裝飾器，實現(xiàn)功能的疊加。*保持類的單一職責(zé)：原有類只負(fù)責(zé)核心功能，裝飾器類負(fù)責(zé)增加的功能，職責(zé)更清晰。解析思路：理解裝飾器模式的定義（動態(tài)添加職責(zé)）。對比繼承：繼承是靜態(tài)的，在編譯時就確定了繼承關(guān)系；裝飾器是動態(tài)的，可以在運(yùn)行時組合。強(qiáng)調(diào)其靈活性和對開閉原則的遵循。4.核心思想：單例模式確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點(diǎn)來獲取該實例。Python實現(xiàn)方法：*私有化構(gòu)造函數(shù)+靜態(tài)方法/屬性：將構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有，提供一個類級別的靜態(tài)方法作為訪問點(diǎn)，該方法檢查是否已存在實例，若不存在則創(chuàng)建，若存在則返回現(xiàn)有實例。*使用`__new__`方法：重寫類的`__new__`方法，控制實例的創(chuàng)建過程，確保只創(chuàng)建一個實例。解析思路：理解單例模式的目標(biāo)（單例、全局訪問點(diǎn)）。掌握Python中實現(xiàn)單例的兩種常見且推薦的方法：一種通過控制`__init__`的訪問（通常設(shè)為私有），另一種通過控制實例創(chuàng)建入口`__new__`。注意`__new__`是實例化過程的第一步。四、編程實現(xiàn)題1.```pythonclassRectangle:def__init__(self,width,height):self.width=widthself.height=heightdefcalculate_area(self):returnself.width*self.height#裝飾器類classAreaDecorator:def__init__(self,rectangle):self._rectangle=rectangledefcalculate_area(self):#調(diào)用原Rectangle的面積計算original_area=self._rectangle.calculate_area()#假設(shè)裝飾器額外打印周長perimeter=2*(self._rectangle.width+self._rectangle.height)print(f"Rectanglewithwidth={self._rectangle.width}andheight={self._rectangle.height}hasaperimeterof{perimeter}.")returnoriginal_area#使用裝飾器rect=Rectangle(10,5)decorated_rect=AreaDecorator(rect)area=decorated_rect.calculate_area()#輸出面積，并打印周長```解析思路：理解裝飾器模式的核心是“動態(tài)增強(qiáng)”。創(chuàng)建一個裝飾器類`AreaDecorator`，它接受一個`Rectangle`實例。在`AreaDecorator`中實現(xiàn)`calculate_area`方法，該方法首先調(diào)用被裝飾對象（`self._rectangle`）的`calculate_area`方法獲取面積，然后執(zhí)行裝飾器要增加的功能（打印周長）。注意不要修改`Rectangle`類的代碼，通過組合（`self._rectangle`屬性）實現(xiàn)增強(qiáng)。2.```python#基礎(chǔ)圖形接口classShape:defdraw(self):raiseNotImplementedError("Subclassesshouldimplementthis!")#具體圖形類classCircle(Shape):defdraw(self):print("DrawingaCircle")classSquare(Shape):defdraw(self):print("DrawingaSquare")#工廠類classShapeFactory:@staticmethoddefcreate_shape(shape_type):ifshape_type=="circle":returnCircle()elifshape_type=="square":returnSquare()else:raiseValueError(f"Unknownshapetype:{shape_type}")#客戶端代碼shape1=ShapeFactory.create_shape("circle")shape1.draw()#輸出:DrawingaCircleshape2=ShapeFactory.create_shape("square")shape2.draw()#輸出:DrawingaSquare```解析思路：理解工廠方法模式的定義和結(jié)構(gòu)。定義一個基礎(chǔ)接口`Shape`和兩個具體實現(xiàn)`Circle`,`Square`。定義工廠`ShapeFactory`，其核心方法是`create_shape`，該方法根據(jù)輸入?yún)?shù)`shape_type`返回對應(yīng)的具體圖形實例?？蛻舳舜a通過工廠創(chuàng)建所需對象，而不是直接實例化，解耦了對象創(chuàng)建和使用。五、閱讀代碼與分析題實現(xiàn)了觀察者模式。核心結(jié)構(gòu)：*主題（Subject