空对象模式练习——日志器、可选服务与空节点

按《Python 设计模式——空对象模式》的建议，通过三道练习巩固：① 日志器与空日志器；② 可选通知服务与空实现；③ 树节点与空节点。每步都有完整可运行代码和验证要点。

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练习一：日志器与空日志器

目的

体会用空对象代替 None：调用方不写 if logger is not None，统一写 logger.log(...)；未配置日志器时注入 NullLogger，其 log 方法为空操作，不报错。

要求

• 定义 Logger 接口，有方法 log(message: str)。
• 实现 ConsoleLogger（真实对象）：log 时用 print 输出到控制台。
• 实现 NullLogger（空对象）：实现同一接口，log 方法什么都不做（pass 或只 return）。
• 写一个函数 do_task(logger: Logger)：内部调用两次 logger.log(“…”)，不写 if logger。
• 客户代码：先传 ConsoleLogger() 调用 do_task，验证有输出；再传 NullLogger() 调用 do_task，验证无输出且不报错。

参考答案

from abc import ABC, abstractmethod

class Logger(ABC):
    @abstractmethod
    def log(self, message: str):
        pass

class ConsoleLogger(Logger):
    def log(self, message: str):
        print(f"  [日志] {message}")

class NullLogger(Logger):
    def log(self, message: str):
        pass

def do_task(logger: Logger):
    logger.log("任务开始")
    logger.log("任务结束")

# 有日志器
do_task(ConsoleLogger())
# [日志] 任务开始
# [日志] 任务结束

# 未配置日志器，用空对象
do_task(NullLogger())
# 无输出，且不报错

验证要点

• 传 ConsoleLogger 时，控制台出现两行 [日志] …。
• 传 NullLogger 时，没有任何输出，且没有 AttributeError 或 NoneType 错误。
• 确认：do_task 内部没有 if logger is not None，始终直接调用 logger.log(…)。

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练习二：可选通知服务与空实现

目的

某个“通知服务”可能未配置（如未开启推送）；业务代码统一写 notifier.notify(user_id, msg)，未配置时注入空通知器，notify 为空操作。

要求

• 定义 Notifier 接口，有方法 notify(user_id: str, message: str)。
• 实现 PushNotifier（真实对象）：notify 时 print 一条“[推送] 给 user_id: message”。
• 实现 NullNotifier（空对象）：notify 方法什么都不做。
• 写一个函数 send_alert(notifier: Notifier, user_id: str, msg: str)：内部只调 notifier.notify(user_id, msg)，不判空。
• 客户代码：用 PushNotifier 和 NullNotifier 各调一次 send_alert，验证前者有输出、后者无输出且不报错。

参考答案

from abc import ABC, abstractmethod

class Notifier(ABC):
    @abstractmethod
    def notify(self, user_id: str, message: str):
        pass

class PushNotifier(Notifier):
    def notify(self, user_id: str, message: str):
        print(f"  [推送] 给 {user_id}: {message}")

class NullNotifier(Notifier):
    def notify(self, user_id: str, message: str):
        pass

def send_alert(notifier: Notifier, user_id: str, msg: str):
    notifier.notify(user_id, msg)

# 有通知器
send_alert(PushNotifier(), "u1", "您的订单已发货")
# [推送] 给 u1: 您的订单已发货

# 未配置通知器
send_alert(NullNotifier(), "u1", "您的订单已发货")
# 无输出，不报错

验证要点

• PushNotifier 时有一行推送输出；NullNotifier 时无输出、无异常。
• send_alert 内部没有 if notifier，只依赖 Notifier 接口。

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练习三：树节点与空节点

目的

树节点有左子、右子；没有子节点时不用 None，而用空节点（NullNode），与真实节点同一接口，get_value 返回 None（或 0），get_left/get_right 返回自己（或单例空节点）。遍历时对“空节点”做统一处理，不必写 if node is None。

要求

• 定义 Node 接口：get_value()、get_left() -> Node、get_right() -> Node。
• 实现 RealNode：构造时接收 value、left、right；get_left/right 若传入为 None 则内部用 NullNode（或单例）代替，保证不返回 None。
• 实现 NullNode：get_value() 返回 None；get_left() 和 get_right() 返回自己（或同一单例），表示“没有子节点”。
• 写一个函数 sum_tree(node: Node) -> int：若 node.get_value() is None 则返回 0（视为空节点）；否则返回 value + sum_tree(left) + sum_tree(right)。不写 if node is None，只根据 get_value() 判断。
• 客户代码：建一棵小树 root = RealNode(10, RealNode(5), RealNode(15))，求 sum_tree(root)，验证结果为 30。

参考答案

from abc import ABC, abstractmethod

class Node(ABC):
    @abstractmethod
    def get_value(self):
        pass

    @abstractmethod
    def get_left(self) -> "Node":
        pass

    @abstractmethod
    def get_right(self) -> "Node":
        pass

class NullNode(Node):
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

    def get_value(self):
        return None

    def get_left(self) -> Node:
        return self

    def get_right(self) -> Node:
        return self

class RealNode(Node):
    def __init__(self, value: int, left: Node = None, right: Node = None):
        self._value = value
        self._left = left if left is not None else NullNode()
        self._right = right if right is not None else NullNode()

    def get_value(self):
        return self._value

    def get_left(self) -> Node:
        return self._left

    def get_right(self) -> Node:
        return self._right

def sum_tree(node: Node) -> int:
    if node.get_value() is None:
        return 0
    return node.get_value() + sum_tree(node.get_left()) + sum_tree(node.get_right())

# 使用：   10
#        /   
#       5    15
root = RealNode(10, RealNode(5), RealNode(15))
print(sum_tree(root))  # 30

验证要点

• sum_tree(root) 得到 30（10+5+15）。
• sum_tree 里没有 if node is None，只有 if node.get_value() is None（用“空节点”的约定表示没有真实数据）。
• RealNode 的 left/right 为 None 时用 NullNode() 代替，保证 get_left/get_right 永不返回 None。

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三步汇总与自检

练习	重点	关键点
一	日志器 + 空日志器	调用方不判空；NullLogger.log 为空操作；未配置时注入 NullLogger。
二	通知器 + 空通知器	同一接口；NullNotifier.notify 为空操作；可选依赖用空对象代替 None。
三	树节点 + 空节点	无子节点用 NullNode，get_left/get_right 不返回 None；遍历用 get_value() is None 判断空节点。

自检问题

1. 空对象和 None 相比，对调用方有什么好处？
   调用方不用写 if x is not None，统一按接口调用；空对象实现同一接口，多态替换，不会出现“对 None 调方法”的 AttributeError。

2. 空对象的方法应该怎样实现？
   要么什么都不做（无操作），要么返回安全、合理的默认值（如空字符串、0、空列表、None）；不应抛异常，也不应依赖外部资源。

3. 什么时候不适合用空对象？
   当“没有”必须被显式区分并做不同逻辑时（如“未登录”必须跳转登录页），用 None 或 Optional 更合适，调用方必须分支；空对象适合“没有就当什么都不做/用默认值”的场景。

做完以上三道练习，再对照《空对象模式》文档中的示例，对空对象模式会掌握得比较扎实。建议每道题先自己写一遍，再对照参考答案和验证要点检查。