模块方法模式（Module Method Pattern）

🧠 模块方法模式（Module Method Pattern）

模块方法模式是一种结构型设计模式，它将复杂的操作分解成一系列相对简单、独立且单一职责的模块。每个模块负责完成一种具体的操作，其他模块或系统可以通过调用这些模块的公开方法来执行特定任务。

这种模式通常用于解决代码复杂性过高的问题，通过将系统分解为多个模块，使每个模块有清晰的职责和功能。

🎯 为什么需要模块方法模式？

降低复杂度：系统过于复杂时，模块方法模式可以将系统划分为多个模块，每个模块负责具体的业务逻辑。这样可以降低单个模块的复杂度，便于维护。
增强模块化：将不同功能的模块独立出来，模块之间通过公开方法进行交互。每个模块的实现相对独立，可以提升系统的可扩展性。
提高可维护性：各个模块具有明确的责任，系统出现问题时，可以只关注出问题的模块，而不需要了解整个系统的实现细节。
支持代码重用：独立模块可以在其他系统中复用，只需调用模块方法即可。

✅ 优缺点分析

✅ 优点	❌ 缺点
模块化设计使得系统容易扩展	当系统中模块较多时，管理和维护可能变得复杂
代码的可读性和可维护性较高	模块之间的接口可能会产生一定的耦合
便于测试每个模块的功能	如果模块过于独立，可能导致功能重复或冗余
便于集成第三方库	系统启动时可能会加载过多的模块，影响性能

🧩 Python 示例：学生管理系统

我们将通过一个学生管理系统来示例模块方法模式。系统中有三个主要功能模块：

学生信息模块：管理学生的信息（如姓名、年龄等）。
成绩模块：管理学生的成绩。
课程模块：管理课程信息。

每个模块都有自己的方法，其他模块或系统通过调用这些方法来执行相应的任务。

🎯 1️⃣ 学生信息模块（Student Module）

class StudentModule:def __init__(self):self.students = {}def add_student(self, student_id: int, name: str, age: int):"""添加学生信息"""self.students[student_id] = {'name': name, 'age': age}def get_student_info(self, student_id: int):"""获取学生信息"""return self.students.get(student_id, "Student not found")

add_student()：添加学生信息。
get_student_info()：获取学生信息。

🎯 2️⃣ 成绩模块（Grade Module）

class GradeModule:def __init__(self):self.grades = {}def add_grade(self, student_id: int, course_name: str, grade: float):"""为学生添加成绩"""if student_id not in self.grades:self.grades[student_id] = {}self.grades[student_id][course_name] = gradedef get_grades(self, student_id: int):"""获取学生的成绩"""return self.grades.get(student_id, "Grades not found")

add_grade()：为学生添加成绩。
get_grades()：获取学生成绩。

🎯 3️⃣ 课程模块（Course Module）

class CourseModule:def __init__(self):self.courses = {}def add_course(self, course_id: int, course_name: str):"""添加课程"""self.courses[course_id] = course_namedef get_course_info(self, course_id: int):"""获取课程信息"""return self.courses.get(course_id, "Course not found")

add_course()：添加课程信息。
get_course_info()：获取课程信息。

🎯 4️⃣ 上下文类（SchoolSystem）

上下文类将这些独立的模块整合在一起，提供一个接口，方便外部代码调用每个模块的功能。

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 类整合了所有的功能模块。外部调用 SchoolSystem 的方法时，实际上是通过它来调用各个模块的方法。

🎯 5️⃣ 客户端代码：使用学校系统

# 创建学校系统对象
school_system = SchoolSystem()# 添加学生信息
school_system.add_student(1, "Alice", 20)
school_system.add_student(2, "Bob", 22)# 添加课程信息
school_system.add_course(101, "Math")
school_system.add_course(102, "History")# 添加成绩信息
school_system.add_grade(1, "Math", 90)
school_system.add_grade(1, "History", 85)
school_system.add_grade(2, "Math", 75)# 获取学生信息
print(school_system.get_student_info(1))  # 获取Alice的信息# 获取学生成绩
print(school_system.get_grades(1))  # 获取Alice的成绩
print(school_system.get_grades(2))  # 获取Bob的成绩# 获取课程信息
print(school_system.get_course_info(101))  # 获取Math课程信息

✅ 输出结果

{'name': 'Alice', 'age': 20}
{'Math': 90, 'History': 85}
{'Math': 75}
Math

🧭 类图（Mermaid）

🧭 流程图（Mermaid）

🧠 应用场景总结

场景	示例
功能模块化	系统中需要拆分为多个相互独立的功能模块，各模块之间通过接口互相协作
大型应用	大型系统，功能多且复杂，模块化有助于解耦和分工
可扩展性强	需要随时添加新的功能模块时（如增加新的支付方式、报告类型等）