python设计模式之模型-视图-控制器模式

关注点分离（ Separation of Concerns， SoC）原则是软件工程相关的设计原则之一。 SoC原则背后的思想是将一个应用切分成不同的部分，每个部分解决一个单独的关注点。分层设计中的层次（数据访问层、业务逻辑层和表示层等）即是关注点的例子。使用SoC原则能简化软件应用的开发和维护。

模型—视图—控制器（ Model-View-Controller， MVC）模式是应用到面向对象编程的Soc原则。模式的名称来自用来切分软件应用的三个主要部分，即模型部分、视图部分和控制器部分。 MVC被认为是一种架构模式而不是一种设计模式。架构模式与设计模式之间的区别在于前者比后者的范畴更广。然而， MVC太重要了，不能仅因为这个原因就跳过不说。即使我们从不需要从头实现它，也需要熟悉它，因为所有常见框架都使用了MVC或者是其略微不同的版本。

模型是核心的部分，代表着应用的信息本源，包含和管理（业务）逻辑、数据、状态以及应用的规则。视图是模型的可视化表现。视图的例子有，计算机图形用户界面、计算机终端的文本输出、智能手机的应用图形界面、 PDF文档、饼图和柱状图等。视图只是展示数据，并不处理数据。控制器是模型与视图之间的链接/粘附。模型与视图之间的所有通信都通过控制器进行。

对于将初始屏幕渲染给用户之后使用MVC的应用，其典型使用方式如下所示。

[ ] 用户通过单击（键入、触摸等）某个按钮触发一个视图
[ ] 视图把用户操作告知控制器
[ ] 控制器处理用户输入，并与模型交互
[ ] 模型执行所有必要的校验和状态改变，并通知控制器应该做什么
[ ] 控制器按照模型给出的指令，指导视图适当地更新和显示输出

你可能想知道为什么控制器部分是必要的？我们能跳过它吗？能，但那样我们将失去MVC提供的一大优势：无需修改模型就能使用多个视图的能力（甚至可以根据需要同时使用多个视图）。为了实现模型与其表现之间的解耦，每个视图通常都需要属于它的控制器。如果模型直接与特定视图通信，我们将无法对同一个模型使用多个视图（或者至少无法以简洁模块化的方式实现）。

1. 现实生活的例子

MVC是应用于面向对象编程的SoC原则。 SoC原则在现实生活中的应用有很多。例如，如果你造一栋新房子，通常会请不同的专业人员来完成以下工作。

[ ] 安装管道和电路
[ ] 粉刷房子

另一个例子是餐馆。在一个餐馆中，服务员接收点菜单并为顾客上菜，但是饭菜由厨师烹饪。

2. 软件的例子

Django是一个MVC框架，但是它使用了不同的命名约定。在此约定下，控制器被称为视图，视图被称为模板。 Django使用名称模型—模板—视图（ Model-Template-View， MTV）来替代。依据Django的设计者所言，视图是描述哪些数据对用户可见。因此， Django把对应一个特定URL的Python回调函数称为视图。 Django中的“模板”用于把内容与其展现分开，其描述的是用户看到数据的方式，而不是哪些数据可见

3. 应用案例

MVC是一个非常通用且大有用处的设计模式。实际上，所有流行的Web框架（ Django、 Rails和Yii）和应用框架（ iPhone SDK、 Android和QT）都使用了MVC或者其变种，其变种包括模式—视图—适配器（ Model-View-Adapter， MVA）、模型—视图—演示者（ Model-View-Presenter，MVP）等。然而，即使我们不使用这些框架，凭自己实现这一模式也是有意义的，因为这一模式提供了以下这些好处。

[ ] 视图与模型的分离允许美工一心搞UI部分，程序员一心搞开发，不会相互干扰。
[ ] 由于视图与模型之间的松耦合，每个部分可以单独修改/扩展，不会相互影响。例如，添

加一个新视图的成本很小，只要为其实现一个控制器就可以了。
[ ] 因为职责明晰，维护每个部分也更简单.

在从头开始实现MVC时，请确保创建的模型很智能，控制器很瘦，视图很傻瓜。

可以将具有以下功能的模型视为智能模型。

[ ] 包含所有的校验/业务规则/逻辑
[ ] 处理应用的状态
[ ] 访问应用数据（数据库、云或其他）
[ ] 不依赖UI

可以将符合以下条件的控制器视为瘦控制器。

[ ] 在用户与视图交互时，更新模型
[ ] 在模型改变时，更新视图
[ ] 如果需要，在数据传递给模型/视图之前进行处理
[ ] 不展示数据
[ ] 不直接访问应用数据
[ ] 不包含校验/业务规则/逻辑

可以将符合以下条件的视图视为傻瓜视图。

[ ] 展示数据
[ ] 允许用户与其交互
[ ] 仅做最小的数据处理，通常由一种模板语言提供处理能力（例如，使用简单的变量和循

环控制）
[ ] 不存储任何数据
[ ] 不直接访问应用数据
[ ] 不包含校验/业务规则/逻辑

如果你正在从头实现MVC，并且想弄清自己做得对不对，可以尝试回答以下两个关键问题。

[ ] 如果你的应用有GUI，那它可以换肤吗？易于改变它的皮肤/外观以及给人的感受吗？可

以为用户提供运行期间改变应用皮肤的能力吗？如果这做起来并不简单，那就意味着你

的MVC实现在某些地方存在问题。
[ ] 如果你的应用没有GUI（例如，是一个终端应用），为其添加GUI支持有多难？或者，如

果添加GUI没什么用，那么是否易于添加视图从而以图表（饼图、柱状图等）或文档（ PDF、

电子表格等）形式展示结果？如果因此而作出的变更不小（小的变更是，在不变更模型

的情况下，创建控制器并绑定到视图），那你的MVC实现就有些不对了。

如果你确信这两个条件都已满足，那么与未使用MVC模式的应用相比，你的应用会更灵活、更好维护。

4. 实现

我可以使用任意常见框架来演示如何使用MVC，但觉得那样的话，读者对MVC的理解会不完整。因此我决定使用一个非常简单的示例来展示如何从头实现MVC，这个示例是名人名言打印机。想法极其简单：用户输入一个数字，然后就能看到与这个数字相关的名人名言。名人名言存储在一quotes元组中。这种数据通常是存储在数据库、文件或其他地方，只有模型能够直接访问它。

我们从下面的代码开始考虑这个例子。

quotes = ('A man is not complete until he is married. Then he is finished.',

'As I said before, I never repeat myself.','Behind a successful man is an exhausted woman.','Black holes really suck...', 'Facts are stubborn things.')

模型极为简约，只有一个get_quote()方法，基于索引n从quotes元组中返回对应的名人名言（字符串）。注意， n可以小于等于0，因为这种索引方式在Python中是有效的。

class QuoteModel:

	def get_quote(self, n):

        try:

            value = quotes[n]

        except IndexError as err:

            value = 'Not found!'

        return value

视图有三个方法，分别是show()、 error()和select_quote()。 show()用于在屏幕上输出一句名人名言（或者输出提示信息Not found!）； error()用于在屏幕上输出一条错误消息；select_quote()用于读取用户的选择，如以下代码所示。

class QuoteTerminalView:

    def show(self, quote):

    	print('And the quote is: "{}"'.format(quote))

    def error(self, msg):

    	print('Error: {}'.format(msg))

    def select_quote(self):

    	return input('Which quote number would you like to see? ')

控制器负责协调。 init()方法初始化模型和视图。 run()方法校验用户提供的名言索

引，然后从模型中获取名言，并返回给视图展示，如以下代码所示。

class QuoteTerminalController:

    def __init__(self):

        self.model = QuoteModel()

        self.view = QuoteTerminalView()

    def run(self):

        valid_input = False

        while not valid_input:

            n = self.view.select_quote()

            try:

            	n = int(n)

            except ValueError as err:

            	self.view.error("Incorrect index '{}'".format(n))

            else:

            	valid_input = True

        quote = self.model.get_quote(n)

        self.view.show(quote)

最后，但同样重要的是， main()函数初始化并触发控制器，如以下代码所示。

def main():

    controller = QuoteTerminalController()

    while True:

    	controller.run()

以下是该示例的完整代码：

quotes = ('A man is not complete until he is married. Then he is finished.',

'As I said before, I never repeat myself.','Behind a successful man is an exhausted woman.','Black holes really suck...', 'Facts are stubborn things.')

class QuoteModel:

    def get_quote(self, n):

        try:

        	value = quotes[n]

        except IndexError as err:

        	value = 'Not found!'

        return value

class QuoteTerminalView:

    def show(self, quote):

    	print('And the quote is: "{}"'.format(quote))

    def error(self, msg):

    	print('Error: {}'.format(msg))

    def select_quote(self):

    	return input('Which quote number would you like to see? ')

class QuoteTerminalController:

    def __init__(self):

        self.model = QuoteModel()

        self.view = QuoteTerminalView()

    def run(self):

        valid_input = False

        while not valid_input:

        try:

            n = self.view.select_quote()

            n = int(n)

        	vaild_input = True

        except ValueError as err:

        	self.view.error("Incorrect index '{}'".format(n))

    quote = self.model.get_quote(n)

	self.view.show(quote)

def main():

    controller = QuoteTerminalController()

    while True:

    	controller.run()

if __name__ == '__main__':

	main()

输出：

Which quote number would you like to see? a

Error: Incorrect index 'a'

Which quote number would you like to see? 40

And the quote is: "Not found!"

Which quote number would you like to see? 0

And the quote is: "A man is not complete until he is married. Then he is

finished."

Which quote number would you like to see? 3

And the quote is: "Black holes really suck..."

5. 小结

MVC是一个非常重要的设计模式，用于将应用组织成三个部分：模型、视图和控制器。

每个部分都有明确的职责。模型负责访问数据，管理应用的状态。视图是模型的外在表现。视图并非必须是图形化的；文本输出也是一种好视图。控制器是模型与视图之间的连接。 MVC的恰当使用能确保最终产出的应用易于维护、易于扩展。

MVC模式是应用到面向对象编程的SoC原则。这一原则类似于一栋新房子如何建造，或一个餐馆如何运营。

使用MVC时，请确保创建智能的模型（核心功能）、瘦控制器（实现视图与模型之间通信的能力）以及傻瓜式的视图（外在表现，最小化逻辑处理）。