动机
将抽象部分与实现部分分离，使他们都可以独立地变化。用抽象关联取代传统的多层继承。将类之间的静态继承关系转换为动态的对象组合关系。
上图展示的软件系统中存在两个独立地变化维度，分别是抽象类（Abstraction）和实现类(Implementor)，它俩都是接口、都分别可以独立地扩展出多个子类。抽象类中关联（委派）一个实现类对象。作为区分，通常让将宏大的、公共的类作为抽象类，将细粒度的、容易重用的类作为实现类。
主要角色
- Abstraction 抽象类接口
- RefinedAbstractionA\B\C 扩展抽象类
- Implementor 实现类接口
- ConcreteImplementorA\B\C 具体实现类
- Client 客户端
案例
以蜡笔和毛笔绘画进行举例，蜡笔把颜色和尺寸型号两个变化维度耦合在一起，毛笔将颜色和型号实现了分离，增加新的颜色或尺寸型号对另一方面没有任何影响。
对于每一只毛笔，大小是固定的，但是颜色是可以变化选择的，因此将毛笔的尺寸型号定义在抽象部分中，将颜色属性声明、定义在实现部分中。
Python代码
from abc import ABC,abstractmethod
import typing
class Color(ABC): # 抽象类
@abstractmethod # 笔类型、图形类型
def bepaint(self, penType : str, name : str):
pass
class Black(Color):
def bepaint(self, penType: str, name: str):
print(f"{penType} 黑色的 {name}.")
class Blue(Color):
def bepaint(self, penType: str, name: str):
print(f"{penType} 蓝色的 {name}.")
class Green(Color):
def bepaint(self, penType: str, name: str):
print(f"{penType} 绿色的 {name}.")
class Red(Color):
def bepaint(self, penType: str, name: str):
print(f"{penType} 红色的 {name}.")
class Yellow(Color):
def bepaint(self, penType: str, name: str):
print(f"{penType} 黄色的 {name}.")
class Pen(ABC):
def __init__(self):
self._color = None
def setColor(self, color):
self._color = color
@abstractmethod
def draw(self, name):
pass
class BigPen(Pen):
def draw(self, name):
penType = "大号毛笔绘制"
self._color.bepaint(penType, name)
class MiddlePen(Pen):
def draw(self, name):
penType = "中号毛笔绘制"
self._color.bepaint(penType, name)
class SmallPen(Pen):
def draw(self, name):
penType = "小号毛笔绘制"
self._color.bepaint(penType, name)
class Client:
def __init__(self, col: str, pen: str): # 用户注入毛笔的 颜色 和 尺寸型号
self.Color = eval(col)()
self.PenType = eval(pen)()
try:
self.Color = eval(col)()
except NameError:
print("Error! 所指定颜色不存在！")
try:
self.PenType = eval(pen)()
except NameError:
print("Error! 所指定毛笔类型不存在！")
def run(self, shape:str): # 指定绘制的图案或形状
self.PenType.setColor(self.Color)
self.PenType.draw(shape)
if __name__ == '__main__':
c1 = Client(col = 'Red', pen = 'SmallPen')
c1.run('乌龟')
c2 = Client(col = 'Blue', pen = 'MiddlePen')
c2.run('飞机')
总结
优点
- 分离抽象接口及实现部分
- 可以取代多层继承方案，极大地减少子类的个数
- 提高系统的可扩展性，在两个变化维度中任意扩展一个维度，不需要修改原有系统，符合开闭原则
缺点
- 关联关系建立在抽象，会增加系统的理解与设计难度
- 正确识别两个独立的变化维度有难度