🧠 模塊方法模式（Module Method Pattern）
模塊方法模式是一種結構型設計模式，它將復雜的操作分解成一系列相對簡單、獨立且單一職責的模塊。每個模塊負責完成一種具體的操作，其他模塊或系統可以通過調用這些模塊的公開方法來執行特定任務。
這種模式通常用于解決代碼復雜性過高的問題，通過將系統分解為多個模塊，使每個模塊有清晰的職責和功能。
🎯 為什么需要模塊方法模式？
- 降低復雜度：系統過于復雜時，模塊方法模式可以將系統劃分為多個模塊，每個模塊負責具體的業務邏輯。這樣可以降低單個模塊的復雜度，便于維護。
- 增強模塊化：將不同功能的模塊獨立出來，模塊之間通過公開方法進行交互。每個模塊的實現相對獨立，可以提升系統的可擴展性。
- 提高可維護性：各個模塊具有明確的責任，系統出現問題時，可以只關注出問題的模塊，而不需要了解整個系統的實現細節。
- 支持代碼重用：獨立模塊可以在其他系統中復用，只需調用模塊方法即可。
? 優缺點分析
| ? 優點 | ? 缺點 |
|---|---|
| 模塊化設計使得系統容易擴展 | 當系統中模塊較多時，管理和維護可能變得復雜 |
| 代碼的可讀性和可維護性較高 | 模塊之間的接口可能會產生一定的耦合 |
| 便于測試每個模塊的功能 | 如果模塊過于獨立，可能導致功能重復或冗余 |
| 便于集成第三方庫 | 系統啟動時可能會加載過多的模塊，影響性能 |
🧩 Python 示例：學生管理系統
我們將通過一個學生管理系統來示例模塊方法模式。系統中有三個主要功能模塊：
- 學生信息模塊：管理學生的信息（如姓名、年齡等）。
- 成績模塊：管理學生的成績。
- 課程模塊：管理課程信息。
每個模塊都有自己的方法，其他模塊或系統通過調用這些方法來執行相應的任務。
🎯 1?? 學生信息模塊（Student Module）
class StudentModule:def __init__(self):self.students = {}def add_student(self, student_id: int, name: str, age: int):"""添加學生信息"""self.students[student_id] = {'name': name, 'age': age}def get_student_info(self, student_id: int):"""獲取學生信息"""return self.students.get(student_id, "Student not found")
add_student()：添加學生信息。get_student_info()：獲取學生信息。
🎯 2?? 成績模塊（Grade Module）
class GradeModule:def __init__(self):self.grades = {}def add_grade(self, student_id: int, course_name: str, grade: float):"""為學生添加成績"""if student_id not in self.grades:self.grades[student_id] = {}self.grades[student_id][course_name] = gradedef get_grades(self, student_id: int):"""獲取學生的成績"""return self.grades.get(student_id, "Grades not found")
add_grade()：為學生添加成績。get_grades()：獲取學生成績。
🎯 3?? 課程模塊（Course Module）
class CourseModule:def __init__(self):self.courses = {}def add_course(self, course_id: int, course_name: str):"""添加課程"""self.courses[course_id] = course_namedef get_course_info(self, course_id: int):"""獲取課程信息"""return self.courses.get(course_id, "Course not found")
add_course()：添加課程信息。get_course_info()：獲取課程信息。
🎯 4?? 上下文類（SchoolSystem）
上下文類將這些獨立的模塊整合在一起，提供一個接口，方便外部代碼調用每個模塊的功能。
class SchoolSystem:def __init__(self):self.student_module = StudentModule()self.grade_module = GradeModule()self.course_module = CourseModule()def add_student(self, student_id: int, name: str, age: int):self.student_module.add_student(student_id, name, age)def get_student_info(self, student_id: int):return self.student_module.get_student_info(student_id)def add_grade(self, student_id: int, course_name: str, grade: float):self.grade_module.add_grade(student_id, course_name, grade)def get_grades(self, student_id: int):return self.grade_module.get_grades(student_id)def add_course(self, course_id: int, course_name: str):self.course_module.add_course(course_id, course_name)def get_course_info(self, course_id: int):return self.course_module.get_course_info(course_id)
SchoolSystem類整合了所有的功能模塊。外部調用SchoolSystem的方法時，實際上是通過它來調用各個模塊的方法。
🎯 5?? 客戶端代碼：使用學校系統
# 創建學校系統對象
school_system = SchoolSystem()# 添加學生信息
school_system.add_student(1, "Alice", 20)
school_system.add_student(2, "Bob", 22)# 添加課程信息
school_system.add_course(101, "Math")
school_system.add_course(102, "History")# 添加成績信息
school_system.add_grade(1, "Math", 90)
school_system.add_grade(1, "History", 85)
school_system.add_grade(2, "Math", 75)# 獲取學生信息
print(school_system.get_student_info(1)) # 獲取Alice的信息# 獲取學生成績
print(school_system.get_grades(1)) # 獲取Alice的成績
print(school_system.get_grades(2)) # 獲取Bob的成績# 獲取課程信息
print(school_system.get_course_info(101)) # 獲取Math課程信息
? 輸出結果
{'name': 'Alice', 'age': 20}
{'Math': 90, 'History': 85}
{'Math': 75}
Math
🧭 類圖（Mermaid）
🧭 流程圖（Mermaid）
🧠 應用場景總結
| 場景 | 示例 |
|---|---|
| 功能模塊化 | 系統中需要拆分為多個相互獨立的功能模塊，各模塊之間通過接口互相協作 |
| 大型應用 | 大型系統，功能多且復雜，模塊化有助于解耦和分工 |
| 可擴展性強 | 需要隨時添加新的功能模塊時（如增加新的支付方式、報告類型等） |
? 總結口訣
模塊方法模式：
? 將系統中的不同功能封裝為模塊，每個模塊具有獨立的職責。通過調用模塊的公開方法來完成相應的操作，提升系統的可擴展性和可維護性。
如果你對這個模式或代碼有疑問，或想了解更復雜的用例，隨時告訴我！
