2025年P(guān)ython設(shè)計模式專項(xiàng)訓(xùn)練試卷：模式理解與案例分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪個設(shè)計模式主要用于創(chuàng)建一個類的單一實(shí)例，并確保整個應(yīng)用程序中只有一個該實(shí)例的存在？A.工廠模式B.單例模式C.觀察者模式D.裝飾器模式2.當(dāng)一個類存在多種行為，且這些行為可以動態(tài)地添加到對象上時，最合適的設(shè)計模式是？A.策略模式B.裝飾器模式C.適配器模式D.組合模式3.下列哪個設(shè)計模式允許一個類的實(shí)例委托給另一個類的實(shí)例來執(zhí)行操作？A.代理模式B.責(zé)任鏈模式C.適配器模式D.策略模式4.如果一個類的方法很多，且某些方法的功能只是對原有方法進(jìn)行簡單的增強(qiáng)，使用哪個模式可以避免創(chuàng)建過多的子類？A.策略模式B.裝飾器模式C.組合模式D.享元模式5.當(dāng)一個對象的行為取決于另一個對象的狀態(tài)，并且需要根據(jù)該狀態(tài)改變而改變時，應(yīng)考慮使用？A.狀態(tài)模式B.策略模式C.觀察者模式D.職責(zé)鏈模式6.下列哪個模式不屬于創(chuàng)建型模式？A.工廠方法模式B.建造者模式C.代理模式D.單例模式7.下列哪個模式常用于將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類可以一起工作？A.裝飾器模式B.適配器模式C.橋接模式D.外觀模式8.下列哪個模式描述了對象之間的一對多依賴關(guān)系，當(dāng)一個對象的狀態(tài)改變時，所有依賴它的對象都會得到通知并被自動更新？A.責(zé)任鏈模式B.觀察者模式C.命令模式D.中介模式二、簡答題1.簡述工廠方法模式和抽象工廠模式的區(qū)別，并說明各自適用的場景。2.解釋適配器模式的結(jié)構(gòu)，并描述其主要解決什么問題。請結(jié)合一個生活中的例子進(jìn)行說明。3.描述裝飾器模式與繼承方式擴(kuò)展類功能的區(qū)別，并說明裝飾器模式的優(yōu)勢。4.當(dāng)需要在一個系統(tǒng)中存在多個層次的結(jié)構(gòu)，并且希望對請求進(jìn)行分級處理，直到有一個處理者能夠處理該請求時，責(zé)任鏈模式是如何工作的？請簡述其核心思想。三、案例分析題1.假設(shè)你需要開發(fā)一個簡單的文本處理工具。該工具需要支持多種文本格式（如純文本、Markdown、HTML），并且每種格式都有其特定的渲染方法。用戶應(yīng)該能夠選擇一種格式，然后調(diào)用統(tǒng)一的接口來渲染文本內(nèi)容。請分析這個場景，說明可以應(yīng)用哪些設(shè)計模式，并解釋選擇這些模式的原因。如果需要，請簡要描述如何使用這些模式來設(shè)計這個系統(tǒng)。2.提供以下Python代碼片段，該代碼用于管理一個簡單的用戶登錄系統(tǒng)，但存在一些設(shè)計上的問題：```pythonclassUser:def__init__(self,username,password):self.username=usernameself.password=passwordclassLoginManager:deflogin(self,username,password):#假設(shè)這里有一個方法檢查用戶名和密碼是否匹配ifself.check_credentials(username,password):print(f"{username}loggedinsuccessfully.")else:print("Loginfailed.")defcheck_credentials(self,username,password):#這里簡單模擬檢查過程#實(shí)際應(yīng)用中可能需要查詢數(shù)據(jù)庫等復(fù)雜操作valid_users={"alice":"123","bob":"456"}returnusernameinvalid_usersandvalid_users[username]==password```分析上述代碼的設(shè)計問題（例如單一職責(zé)原則、開閉原則等）。然后，考慮引入哪些設(shè)計模式可以改進(jìn)這個系統(tǒng)，使其更靈活、可擴(kuò)展、易于維護(hù)。請說明你的設(shè)計思路，并描述引入的模式如何解決這些問題。四、代碼實(shí)現(xiàn)題假設(shè)你需要實(shí)現(xiàn)一個簡單的策略模式案例，用于計算不同的訂單折扣。存在三種折扣策略：無折扣、固定金額折扣、百分比折扣。請定義一個折扣策略接口，以及三種具體的折扣策略類。然后，實(shí)現(xiàn)一個訂單類，該類包含訂單總額和適用的折扣策略，能夠計算最終的訂單金額。請用Python代碼實(shí)現(xiàn)上述功能的核心部分，包括接口定義、策略類實(shí)現(xiàn)以及訂單類的計算方法。試卷答案一、選擇題1.B解析：單例模式的核心目的是確保一個類只有一個實(shí)例，并提供一個全局訪問點(diǎn)。2.B解析：裝飾器模式允許在運(yùn)行時動態(tài)地給對象添加額外的職責(zé)，符合題干描述。3.A解析：代理模式的核心思想是通過引入一個代理對象來控制對原對象的訪問。4.B解析：裝飾器模式可以通過組合的方式動態(tài)地擴(kuò)展類的功能，避免了創(chuàng)建過多子類。5.A解析：狀態(tài)模式允許對象根據(jù)其內(nèi)部狀態(tài)改變其行為，符合題干描述。6.C解析：代理模式屬于結(jié)構(gòu)型模式，其他三個都是創(chuàng)建型模式。7.B解析：適配器模式的作用是使原本接口不兼容的類可以協(xié)同工作。8.B解析：觀察者模式定義了對象間的一對多依賴關(guān)系，實(shí)現(xiàn)廣播通信。二、簡答題1.工廠方法模式定義了一個用于創(chuàng)建對象的接口，但由子類決定實(shí)例化哪一個類。它適用于多個產(chǎn)品系列，每個系列有多個具體產(chǎn)品，且創(chuàng)建邏輯不同的情況。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，而無需指定它們具體的類。它適用于一個系統(tǒng)需要處理多個產(chǎn)品系列，且系列之間相互依賴的情況。2.適配器模式包含目標(biāo)接口、適配器類、被適配類和客戶端。適配器類實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)接口，并包含一個被適配類的實(shí)例，將調(diào)用目標(biāo)接口的方法轉(zhuǎn)換成對被適配類的方法調(diào)用。它解決了接口不兼容的問題，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的類可以一起工作。例如，將一個使用圓形接口的設(shè)備連接到只能使用方形接口的電源插座，通過一個圓形到方形的適配器實(shí)現(xiàn)連接。3.繼承方式擴(kuò)展類功能是通過創(chuàng)建子類來實(shí)現(xiàn)的，子類繼承了父類的所有功能并進(jìn)行擴(kuò)展。這種方式一旦定義了類就無法修改，違反了開閉原則。裝飾器模式通過組合的方式動態(tài)地添加功能，可以在運(yùn)行時選擇性地添加或刪除職責(zé)，更加靈活，并且對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。4.責(zé)任鏈模式包含一個請求對象和一系列處理者（節(jié)點(diǎn)）。每個處理者都定義了一個處理請求的接口，并且知道下一個處理者的引用。請求沿著鏈傳遞，直到遇到一個能夠處理該請求的處理者。它解決了請求的發(fā)送者和接收者解耦問題，允許動態(tài)地增加或刪除處理者，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。三、案例分析題1.可以應(yīng)用工廠模式（或抽象工廠模式）和策略模式。工廠模式用于創(chuàng)建不同格式的渲染器對象，抽象工廠模式如果格式種類很多且相互關(guān)聯(lián)可以考慮。策略模式用于定義渲染文本的統(tǒng)一接口，每種格式實(shí)現(xiàn)該接口。選擇這些模式的原因是它們可以解耦文本內(nèi)容和渲染邏輯，使得系統(tǒng)更容易擴(kuò)展（增加新的文本格式或渲染方式）和維護(hù)。設(shè)計思路是：定義一個文本渲染策略接口，然后為每種格式（純文本、Markdown、HTML）創(chuàng)建一個具體的渲染器類實(shí)現(xiàn)該接口。創(chuàng)建一個工廠（或抽象工廠）用于根據(jù)格式類型創(chuàng)建對應(yīng)的渲染器對象。文本處理工具通過策略接口調(diào)用渲染器對象來渲染文本。2.代碼的主要問題是：LoginManager類同時負(fù)責(zé)用戶信息的校驗(yàn)邏輯（check_credentials）和登錄流程管理（login），違反了單一職責(zé)原則。改進(jìn)方案可以引入策略模式。定義一個認(rèn)證策略接口和具體的認(rèn)證策略類（如簡單密碼認(rèn)證、數(shù)據(jù)庫認(rèn)證等）。LoginManager只負(fù)責(zé)管理認(rèn)證策略，調(diào)用策略的認(rèn)證方法。這樣做的好處是LoginManager職責(zé)清晰，易于擴(kuò)展（增加新的認(rèn)證方式），也便于測試。具體實(shí)現(xiàn)時，LoginManager持有一個認(rèn)證策略對象的引用，在login方法中調(diào)用該策略的check方法進(jìn)行認(rèn)證。四、代碼實(shí)現(xiàn)題```pythonfromabcimportABC,abstractmethod#策略接口classDiscountStrategy(ABC):@abstractmethoddefcalculate_discount(self,order_total):pass#具體策略：無折扣classNoDiscountStrategy(DiscountStrategy):defcalculate_discount(self,order_total):return0#具體策略：固定金額折扣classFixedAmountDiscountStrategy(DiscountStrategy):def__init__(self,amount):self.amount=amountdefcalculate_discount(self,order_total):returnself.amount#具體策略：百分比折扣classPercentageDiscountStrategy(DiscountStrategy):def__init__(self,percentage):self.percentage=percentagedefcalculate_discount(self,order_total):returnorder_total*self.percentage#訂單類classOrder:def__init__(self,order_total,discount_strategy:DiscountStrategy):self.order_t