第30章测试驱动开发中的设计模式解析（Python 版）

写在前面

这本书是我们老板推荐过的，我在《价值心法》的推荐书单里也看到了它。用了一段时间 Cursor 软件后，我突然思考，对于测试开发工程师来说，什么才更有价值呢？如何让 AI 工具更好地辅助自己写代码，或许优质的单元测试是一个切入点。就我个人而言，这本书确实很有帮助。第一次读的时候，很多细节我都不太懂，但将书中内容应用到工作中后，我受益匪浅。比如面对一些让人抓狂的代码设计时，书里的方法能让我逐步深入理解代码的逻辑与设计。作为一名测试开发工程师，我想把学习这本书的经验分享给大家，希望能给大家带来帮助。因为现在工作中大多使用 Python 代码，所以我把书中JAVA案例都用 Python 代码进行了改写。

在测试驱动开发（TDD）的实践中，设计模式是解决软件开发常见问题、提升代码质量与可维护性的有力工具。以下详细介绍多种设计模式及其 Python 示例代码。

命令（Command）模式

概念与应用场景

当需调用复杂运算时，命令模式将请求封装为对象，实现发送与执行请求解耦，便于添加日志记录、撤销等功能。

示例代码

# 命令基类
class Command:def execute(self):pass# 加法命令
class AddCommand(Command):def __init__(self, calculator, operand):self.calculator = calculatorself.operand = operanddef execute(self):self.calculator.add(self.operand)# 减法命令
class SubtractCommand(Command):def __init__(self, calculator, operand):self.calculator = calculatorself.operand = operanddef execute(self):self.calculator.subtract(self.operand)# 计算器类
class Calculator:def __init__(self):self.result = 0def add(self, num):self.result += numdef subtract(self, num):self.result -= num# 测试代码
import unittestclass TestCommandPattern(unittest.TestCase):def test_command_pattern(self):calculator = Calculator()add_command = AddCommand(calculator, 5)subtract_command = SubtractCommand(calculator, 3)add_command.execute()subtract_command.execute()self.assertEqual(calculator.result, 2)if __name__ == '__main__':unittest.main()

值对象（Value Object）模式

概念与特性

值对象模式用于创建可广泛共享、身份不重要且状态不可变的对象，操作返回新对象，避免别名问题。

示例代码

# 货币值对象类
class Money:def __init__(self, amount):self.amount = amountdef add(self, other):return Money(self.amount + other.amount)def subtract(self, other):return Money(self.amount - other.amount)def __eq__(self, other):return isinstance(other, Money) and self.amount == other.amountdef __hash__(self):return hash(self.amount)# 测试代码
import unittestclass TestValueObjectPattern(unittest.TestCase):def test_value_object_pattern(self):five = Money(5)three = Money(3)sum_result = five.add(three)self.assertEqual(sum_result.amount, 8)difference = five.subtract(three)self.assertEqual(difference.amount, 2)if __name__ == '__main__':unittest.main()

Null 对象（Null Object）模式

概念与用途

Null 对象模式创建特定对象表示特殊情况，避免频繁空值检查，使代码简洁优雅。

示例代码

# 日志记录器接口
class Logger:def log(self, message):pass# 实际的日志记录器
class ConsoleLogger(Logger):def log(self, message):print(f"Logging: {message}")# Null 日志记录器
class NullLogger(Logger):def log(self, message):pass# 使用日志记录器的类
class MyClass:def __init__(self, logger):self.logger = loggerdef do_something(self):self.logger.log("Doing something...")# 测试代码
import unittestclass TestNullObjectPattern(unittest.TestCase):def test_null_object_pattern(self):with_console_logger = MyClass(ConsoleLogger())with_console_logger.do_something()with_null_logger = MyClass(NullLogger())with_null_logger.do_something()if __name__ == '__main__':unittest.main()

模板方法（Template Method）模式

概念与结构

模板方法模式定义操作的算法骨架，将部分步骤延迟到子类实现，子类可在不改变算法结构时重定义某些步骤。

示例代码

import abc# 测试用例模板类
class TestCase(metaclass=abc.ABCMeta):def run_bare(self):self.set_up()try:self.run_test()finally:self.tear_down()@abc.abstractmethoddef set_up(self):pass@abc.abstractmethoddef run_test(self):pass@abc.abstractmethoddef tear_down(self):pass# 具体测试用例类
class MyTestCase(TestCase):def __init__(self):self.result = 0def set_up(self):self.result = 0def run_test(self):self.result = 5 + 3def tear_down(self):self.result = 0# 测试代码
import unittestclass TestTemplateMethodPattern(unittest.TestCase):def test_template_method_pattern(self):test_case = MyTestCase()test_case.run_bare()self.assertEqual(test_case.result, 8)if __name__ == '__main__':unittest.main()

可插入对象（Pluggable Object）模式

概念与应用

可插入对象模式通过插入不同实现逻辑实现不同工作流，满足多样化需求。

示例代码

# 选择模式接口
class SelectionMode:def select(self):passdef move(self):passdef unselect(self):pass# 单选模式
class SingleSelection(SelectionMode):def select(self):print("Single selection")def move(self):print("Move single selection")def unselect(self):print("Unselect single selection")# 多选模式
class MultipleSelection(SelectionMode):def select(self):print("Multiple selection")def move(self):print("Move multiple selection")def unselect(self):print("Unselect multiple selection")# 选择工具类
class SelectionTool:def __init__(self, mode):self.mode = modedef mouse_down(self):self.mode.select()def mouse_move(self):self.mode.move()def mouse_up(self):self.mode.unselect()# 测试代码
import unittestclass TestPluggableObjectPattern(unittest.TestCase):def test_pluggable_object_pattern(self):single_tool = SelectionTool(SingleSelection())single_tool.mouse_down()single_tool.mouse_move()single_tool.mouse_up()multiple_tool = SelectionTool(MultipleSelection())multiple_tool.mouse_down()multiple_tool.mouse_move()multiple_tool.mouse_up()if __name__ == '__main__':unittest.main()

可插入选择器（Pluggable Selector）模式

概念与实现方式

可插入选择器模式通过动态调用不同实例方法，避免过多子类和复杂条件分支，提升代码灵活性与可维护性。

示例代码

# 报表抽象类
class Report:def __init__(self, print_message):self.print_message = print_messagedef print_report(self):pass# HTML 报表类
class HTMLReport(Report):def print_report(self):print(f"Printing HTML report: {self.print_message}")# XML 报表类
class XMLReport(Report):def print_report(self):print(f"Printing XML report: {self.print_message}")# 可插入选择器类
class ReportSelector:def __init__(self, report):self.report = reportdef print(self):self.report.print_report()# 测试代码
import unittestclass TestPluggableSelectorPattern(unittest.TestCase):def test_pluggable_selector_pattern(self):html_report = HTMLReport("Sample HTML content")html_selector = ReportSelector(html_report)html_selector.print()xml_report = XMLReport("Sample XML content")xml_selector = ReportSelector(xml_report)xml_selector.print()if __name__ == '__main__':unittest.main()

工厂方法（Factory Method）模式

概念与优势

工厂方法模式将对象创建逻辑封装在方法中，创建对象时可依条件返回不同类型对象，增强代码灵活性与扩展性。

示例代码

# 货币抽象类
class Money:def __init__(self, amount):self.amount = amountdef times(self, multiplier):pass# 美元类
class Dollar(Money):def times(self, multiplier):return Dollar(self.amount * multiplier)# 货币工厂类
class MoneyFactory:@staticmethoddef dollar(amount):return Dollar(amount)# 测试代码
import unittestclass TestFactoryMethodPattern(unittest.TestCase):def test_factory_method_pattern(self):five_dollars = MoneyFactory.dollar(5)ten_dollars = five_dollars.times(2)self.assertEqual(ten_dollars.amount, 10)if __name__ == '__main__':unittest.main()

道具（Imposter）模式

概念与应用场景

道具模式引入与现有对象协议相同但实现不同的对象，将新变化引入计算，避免大量条件逻辑。

示例代码

# 图形抽象类
class Figure:def draw(self, brush):pass# 矩形图形类
class RectangleFigure(Figure):def __init__(self, x, y, width, height):self.x = xself.y = yself.width = widthself.height = heightdef draw(self, brush):brush.log(f"rectangle {self.x} {self.y} {self.width} {self.height}\n")# 椭圆形图形类
class OvalFigure(Figure):def __init__(self, x, y, width, height):self.x = xself.y = yself.width = widthself.height = heightdef draw(self, brush):brush.log(f"oval {self.x} {self.y} {self.width} {self.height}\n")# 绘制媒介类
class RecordingMedium:def __init__(self):self.log_content = ""def log(self, message):self.log_content += messagedef get_log(self):return self.log_content# 测试代码
import unittestclass TestImposterPattern(unittest.TestCase):def test_rectangle_drawing(self):drawing = []rectangle = RectangleFigure(0, 10, 50, 100)brush = RecordingMedium()rectangle.draw(brush)self.assertEqual(brush.get_log(), "rectangle 0 10 50 100\n")def test_oval_drawing(self):drawing = []oval = OvalFigure(0, 10, 50, 100)brush = RecordingMedium()oval.draw(brush)self.assertEqual(brush.get_log(), "oval 0 10 50 100\n")if __name__ == '__main__':unittest.main()

组合（Composite）模式

概念与用途

组合模式实现对象行为由一组其他对象行为组合而成，将对象组合成树形结构，统一单个与组合对象使用方式。

示例代码

# 交易类
class Transaction:def __init__(self, value):self.value = valuedef balance(self):return self.value# 账户类
class Account:def __init__(self):self.transactions = []def add_transaction(self, transaction):self.transactions.append(transaction)def balance(self):sum_value = 0for transaction in self.transactions:sum_value += transaction.balance()return sum_value# 总体账户类，用于组合多个账户
class OverallAccount:def __init__(self):self.accounts = []def add_account(self, account):self.accounts.append(account)def balance(self):sum_balance = 0for account in self.accounts:sum_balance += account.balance()return sum_balance# 测试代码
import unittestclass TestCompositePattern(unittest.TestCase):def test_account_balance(self):account = Account()transaction1 = Transaction(100)transaction2 = Transaction(200)account.add_transaction(transaction1)account.add_transaction(transaction2)self.assertEqual(account.balance(), 300)def test_overall_account_balance(self):overall_account = OverallAccount()account1 = Account()account2 = Account()transaction1 = Transaction(100)transaction2 = Transaction(200)account1.add_transaction(transaction1)account2.add_transaction(transaction2)overall_account.add_account(account1)overall_account.add_account(account2)self.assertEqual(overall_account.balance(), 300)if __name__ == '__main__':unittest.main()

收集参数（Collecting Parameter）模式

概念与实现方式

收集参数模式通过添加参数收集操作中分散于多个对象的结果，处理复杂期望结果时使代码结构清晰。

示例代码

# 表达式抽象类
class Expression:def to_string(self, writer):pass# 加法表达式类
class Sum(Expression):def __init__(self, augend, addend):self.augend = augendself.addend = addenddef to_string(self, writer):writer.println("(")writer.indent()self.augend.to_string(writer)writer.print(" + ")self.addend.to_string(writer)writer.dedent()writer.println(")")# 货币类
class Money(Expression):def __init__(self, amount, currency):self.amount = amountself.currency = currencydef to_string(self, writer):writer.print(f"{self.amount} {self.currency}")# 缩进流类，用于格式化输出
class IndentingStream:def __init__(self):self.lines = []self.indent_level = 0def indent(self):self.indent_level += 1def dedent(self):self.indent_level -= 1def print(self, text):self.lines.append(" " * self.indent_level * 4 + text)def println(self, text=""):self.print(text)self.lines.append("")def contents(self):return "\n".join(self.lines)# 测试代码
import unittestclass TestCollectingParameterPattern(unittest.TestCase):def test_expression_printing(self):sum_expr = Sum(Money(5, "USD"), Money(7, "CHF"))writer = IndentingStream()sum_expr.to_string(writer)self.assertEqual(writer.contents(), "( \n    5 USD + \n    7 CHF \n)")if __name__ == '__main__':unittest.main()

单例模式（Singleton）

概念与应用

单例模式确保类只有一个实例，提供全局访问点，在无全局变量机制语言中实现类似功能。

示例代码

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls):if cls._instance is None:cls._instance = super().__new__(cls)return cls._instance# 测试代码
import unittestclass TestSingletonPattern(unittest.TestCase):def test_singleton(self):instance1 = Singleton()instance2 = Singleton()self.assertEqual(instance1, instance2)if __name__ == '__main__':unittest.main()