[파이썬(PYTHON) : 고급] 디자인 패턴

2. 디자인 패턴

디자인 패턴은 특정 문제를 해결하는 데에 있어 재사용 가능한 해결책입니다. 이는 코드의 효율성, 이해성, 유지 보수성을 향상할 수 있습니다.

 

2.1. 싱글턴 패턴

2.1.1. 싱글턴 패턴 개념

2.1.1.1. 싱글턴 패턴의 정의

싱글턴 패턴은 클래스의 인스턴스가 단 하나만 존재하도록 보장하는 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 전역 변수를 사용하는 것과 유사한 효과를 가지지만, 전역 변수의 문제점을 피할 수 있습니다.

 

2.1.1.2. 싱글턴 패턴의 사용 사례

데이터베이스 연결, 로거, 파일 시스템, 윈도우 매니저 등의 리소스를 공유해야 하는 경우에 종종 사용됩니다.

 

2.1.2. 싱글턴 패턴 구현 및 활용

2.1.2.1. 파이썬에서 싱글턴 패턴 구현하기

파이썬에서 싱글턴 패턴을 구현하는 가장 간단한 방법은 모듈을 사용하는 것입니다. 모듈은 한 번만 로드되므로, 모듈 수준에서 객체를 생성하면 해당 객체는 싱글턴처럼 동작합니다.

 

그러나 클래스를 사용하여 싱글턴 패턴을 구현해야 하는 경우도 있습니다. 이를 위해 __new__ 메서드를 오버라이드하여 인스턴스 생성을 제어할 수 있습니다.

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

 

2.1.2.2. 싱글턴 패턴 활용 예제

데이터베이스 연결 객체를 싱글턴으로 만드는 예제를 생각해봅시다. 데이터베이스 연결은 리소스를 많이 사용하므로, 동일한 연결을 공유하는 것이 효율적입니다.

class DatabaseConnection:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

    def __init__(self, database_uri):
        self.database_uri = database_uri
        # Assume that connecting to the database is a heavy operation
        self.conn = self.connect_to_database()

    def connect_to_database(self):
        print(f"Connecting to database on {self.database_uri}")
        return "database connection"

# Use the DatabaseConnection
db1 = DatabaseConnection("localhost:5432")
print(db1.conn)  # "database connection"

db2 = DatabaseConnection("localhost:5433")
print(db2.conn)  # "database connection"

# Despite the different parameters, db1 and db2 are the same object
print(db1 is db2)  # True

 

이렇게 싱글턴 패턴을 사용하면, 여러 곳에서 동일한 리소스를 공유하는 경우에 유용합니다.

 

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2.2. 팩토리 패턴

2.2.1. 팩토리 패턴 개념

2.2.1.1. 팩토리 패턴의 정의

팩토리 패턴은 객체 생성 로직을 캡슐화하는 디자인 패턴입니다. 이 패턴을 사용하면 클라이언트는 생성해야 할 객체의 정확한 클래스를 알 필요 없이, 팩토리 메서드를 통해 객체를 생성할 수 있습니다.

 

2.2.1.2. 팩토리 패턴의 사용 사례

팩토리 패턴은 객체를 생성하는 로직이 복잡하거나, 생성해야 하는 객체의 타입이 실행 시간에 결정되는 경우에 유용합니다.

 

2.2.2. 팩토리 패턴 구현 및 활용

2.2.2.1. 파이썬에서 팩토리 패턴 구현하기

팩토리 패턴을 구현하는 방법은 여러 가지가 있지만, 여기서는 간단한 팩토리 함수를 사용하는 방법을 보여드리겠습니다.

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "Meow!"

def get_pet(pet="dog"):
    pets = dict(dog=Dog("Hope"), cat=Cat("Peace"))
    return pets[pet]

 

2.2.2.2. 팩토리 패턴 활용 예제

팩토리 패턴을 사용하여 동물 객체를 생성하는 예제를 살펴봅시다.

dog = get_pet("dog")
print(dog.speak())  # "Woof!"

cat = get_pet("cat")
print(cat.speak())  # "Meow!"

 

이렇게 팩토리 패턴을 사용하면, 객체 생성 로직을 캡슐화하여 코드의 유연성을 높일 수 있습니다.

 

2.3. 옵저버 패턴

2.3.1. 옵저버 패턴 개념

2.3.1.1. 옵저버 패턴의 정의

옵저버 패턴은 한 개의 객체(주체)의 상태가 변경되면 그것을 감시하고 있는 다른 객체들(옵저버)에게 자동으로 알려주는 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 주로 이벤트 핸들링 시스템에서 사용됩니다.

 

2.3.1.2. 옵저버 패턴의 사용 사례

GUI에서 사용자 입력을 모니터링하거나, 애플리케이션에서 이메일 알림을 보내는 등의 상황에서 유용합니다.

 

2.3.2. 옵저버 패턴 구현 및 활용

2.3.2.1. 파이썬에서 옵저버 패턴 구현하기

파이썬에서 옵저버 패턴을 구현하는 방법은 여러 가지가 있지만, 여기서는 간단한 방법을 사용하여 구현하겠습니다.

class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = []

    def register(self, observer):
        self._observers.append(observer)

    def notify(self, message):
        for observer in self._observers:
            observer.notify(message)

class Observer:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def notify(self, message):
        print(f"{self.name} received the message: {message}")

 

2.3.2.2. 옵저버 패턴 활용 예제

옵저버 패턴을 사용하여 메시지를 수신하는 객체를 만드는 예제를 살펴봅시다.

subject = Subject()

observer1 = Observer("Observer 1")
observer2 = Observer("Observer 2")

subject.register(observer1)
subject.register(observer2)

subject.notify("Hello, observers!")

 

이렇게 옵저버 패턴을 사용하면, 객체 간의 결합도를 낮추고 코드의 유연성을 높일 수 있습니다.

 

2.4. 데코레이터 패턴

2.4.1. 데코레이터 패턴 개념

2.4.1.1. 데코레이터 패턴의 정의

데코레이터 패턴은 기존 객체를 변경하지 않고 그 기능을 확장하거나 수정할 수 있게 하는 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 기존 코드를 수정하지 않고도 객체의 행동을 동적으로 변경할 수 있습니다.

 

2.4.1.2. 데코레이터 패턴의 사용 사례

로그를 추가하거나, 사용자 권한을 확인하거나, 입력 값을 검증하는 등의 기능을 객체에 추가할 때 유용합니다.

 

2.4.2. 데코레이터 패턴 구현 및 활용

2.4.2.1. 파이썬에서 데코레이터 패턴 구현하기

파이썬에서는 데코레이터 패턴을 간단하게 구현할 수 있는 구문이 내장되어 있습니다. 파이썬의 데코레이터는 하나의 함수를 가져와 그 기능을 확장한 새로운 함수를 반환하는 함수입니다.

def decorator_function(original_function):
    def wrapper_function(*args, **kwargs):
        print(f"{original_function.__name__} 함수가 호출되기 전입니다.")
        result = original_function(*args, **kwargs)
        print(f"{original_function.__name__} 함수가 호출된 후입니다.")
        return result
    return wrapper_function

 

2.4.2.2. 데코레이터 패턴 활용 예제

데코레이터 패턴을 사용하여 함수 호출 전후로 로그를 출력하는 예제를 살펴봅시다.

@decorator_function
def display_info(name, age):
    print(f"함수 display_info가 실행되었습니다. 인자: {name}, {age}")

display_info("John", 25)

 

이렇게 데코레이터 패턴을 사용하면, 기존 함수나 메서드의 기능을 수정하지 않고도 추가 기능을 쉽게 구현할 수 있습니다. 이는 코드의 재사용성과 유연성을 높입니다.

 

 

 

 

2023.05.12 - [GD's IT Lectures : 기초부터 시리즈/파이썬(Python) 기초부터 ~] - [파이썬(PYTHON) : 고급] 메타프로그래밍

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