软件架构:Python语言实现

软件架构:Python语言实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

李必信 廖力 王璐璐 周颖等译 译
图书标签:
  • 软件架构
  • Python
  • 设计模式
  • 可维护性
  • 可扩展性
  • 代码质量
  • 软件工程
  • 编程实践
  • 技术栈
  • 实战
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111590941
版次:1
商品编码:12331990
包装:平装
丛书名: 架构师书库
开本:16开
出版时间:2018-03-01
用纸:胶版纸
页数:381

具体描述

内容简介

本书首先解释如何利用Python语言实现应用软件架构,让你逐步理解什么是架构级的需求以及如何确定这些需求;然后,你可以获得对架构不同质量属性的完整理解,这些质量属性包括可修改性、可测试性、可扩展性、可部署性和安全性等,从而帮助架构师构建满足业务需求的软件架构产品。

作者简介

关于作者
Anand Balachandran Pillai是一名工程技术专家,在软件企业有18年以上的工作经历,在产品工程、软件设计、架构设计和相关研究方面具有非常丰富的经验。
他曾获得印度理工学院机械工程专业的学士学位。曾在Yahoo!、McAfee和Infosys等公司任职,担任产品开发团队的首席工程师。
他的主要兴趣在于软件性能工程、高可扩展性架构、安全和开源社区等方面。他也经常在Startups工作,担任首席技术专家或顾问。
他还是班加罗尔Python用户联盟的奠基人和Python软件协会(PSF)的会士。Anand现在是Yegii公司的首席架构师。

目录

目录
译者序
关于作者
关于评审人
前言
第1章 软件架构原理 1
1.1 软件架构定义 2
1.1.1 软件架构与设计 2
1.1.2 软件架构相关的几个方面 3
1.2 软件架构的特征 3
1.2.1 用架构来定义一种结构 3
1.2.2 由架构来挑选一组核心元素 4
1.2.3 由架构来捕获早期的设计决策 4
1.2.4 由架构来管理利益相关者的需求 5
1.2.5 架构影响着组织结构 5
1.2.6 架构受到环境的影响 6
1.2.7 架构是对系统的文档化 6
1.2.8 架构通常会遵循某个模式 7
1.3 软件架构的重要性 7
1.4 系统架构与企业架构 8
1.5 架构的质量属性 10
1.5.1 可修改性 11
1.5.2 可测试性 13
1.5.3 可扩展性 14
1.5.4 性能 15
1.5.5 可用性 16
1.5.6 安全性 17
1.5.7 可部署性 18
1.6 本章小结 19
第2章 编写可修改可读的代码 20
2.1 什么是可修改性 20
2.2 与可修改性相关的几个方面 20
2.3 理解可读性 21
2.3.1 Python和可读性 21
2.3.2 可读性–反模式 22
2.4 增强可读性的各种技术 24
2.4.1 文档化代码 24
2.4.2 遵守编码和风格规范 30
2.4.3 审查和重构代码 31
2.4.4 注释代码 31
2.5 可修改性的基础——内聚和耦合 32
2.5.1 测量内聚性和耦合性 33
2.5.2 字符串和文本处理 35
2.6 探索提高可修改性的策略 37
2.6.1 提供显式接口 37
2.6.2 减少双向依赖 37
2.6.3 抽象出公共服务 38
2.6.4 使用继承技术 38
2.6.5 使用延迟绑定技术 42
2.7 度量——静态分析工具 43
2.7.1 什么是代码坏味道 43
2.7.2 圈复杂度——McCabe度量 44
2.7.3 度量结果测试 45
2.7.4 运行静态检查器 47
2.8 重构代码 53
2.8.1 降低复杂度 53
2.8.2 改善代码坏味道 55
2.8.3 改善风格上和编码上的问题 57
2.9 本章小结 57
第3章 可测试性——编写可测试的代码 58
3.1 理解可测试性 58
3.1.1 软件可测试性及相关属性 58
3.1.2 架构级的方方面面 59
3.1.3 策略 60
3.2 白盒测试原理 65
3.2.1 单元测试 65
3.2.2 操作中的单元测试 66
3.2.3 单元测试模块nose2 69
3.2.4 用py.test进行测试 70
3.2.5 代码覆盖 72
3.2.6 仿制一些东西 74
3.2.7 文档中的内联测试——doctest 78
3.2.8 集成测试 81
3.2.9 测试自动化 83
3.3 测试驱动开发 84
3.4 有回文的TDD 85
3.5 本章小结 90
第4章 好的性能就是回报 92
4.1 什么是性能 93
4.2 软件性能工程 93
4.3 性能测试和度量工具 94
4.4 性能复杂度 95
4.5 度量性能 96
4.5.1 使用上下文管理器度量时间 97
4.5.2 使用timeit模块来计时代码 99
4.5.3 使用timeit度量代码的性能 100
4.5.4 揭示时间复杂度——各种图 102
4.5.5 使用timeit度量CPU时间 106
4.6 剖析 107
4.6.1 确定性剖析 107
4.6.2 使用cProfile和profile进行剖析 108
4.6.3 收集和报告统计数据 111
4.6.4 第三方剖析器 113
4.7 其他工具 119
4.7.1 objgraph 120
4.7.2 pympler 121
4.8 程序设计性能——数据结构 123
4.8.1 可变容器——链表、字典和集合 123
4.8.2 不可变容器——元组 124
4.8.3 高性能容器——集合模块 125
4.8.4 概率数据结构——布隆过滤器 131
4.9 本章小结 134
第5章 开发可扩展的应用 136
5.1 可扩展性和性能 137
5.2 并发性 139
5.2.1 并发性与并行性 140
5.2.2 Python中的并发性——多线程机制 141
5.3 缩略图产生器 141
5.3.1 缩略图产生器——生产者/消费者架构 143
5.3.2 缩略图产生器——使用锁的资源约束 147
5.3.3 缩略图产生器——使用信号量的资源约束 150
5.3.4 资源约束——信号量和锁比较 153
5.3.5 缩略图产生器——使用条件的URL速率控制器 153
5.4 多线程机制——Python和GIL 160
5.4.1 Python中的并发性——多进程机制 160
5.4.2 质数检查器 161
5.4.3 排序磁盘文件 163
5.5 多线程与多进程比较 168
5.6 先入为主的与合作的多任务处理 170
5.7 Python中的asyncio模块 173
5.8 等待future对象——async和await 175
5.9 concurrent.future——高级并发处理 178
5.9.1 磁盘缩略图产生器 179
5.9.2 并发选项——如何选择? 181
5.10 并行处理库 182
5.10.1 joblib 182
5.10.2 PyMP 183
5.10.3 fractals —— Mandelbrot集 184
5.11 Web扩展 189
5.11.1 扩展工作流——消息队列和任务队列 189
5.11.2 Celery —— 一种分布式任务队列 190
5.11.3 在Web上使用Python服务——WSGI 194
5.12 可扩展架构 197
5.12.1 垂直可扩展架构 197
5.12.2 水平扩展架构 198
5.13 本章小结 201
第6章 安全性——编写安全代码 202
6.1 信息安全架构 202
6.2 安全编码 203

前言/序言

前言
软件架构,可以说是为特定的应用软件创建一个蓝图设计。软件架构中存在两大挑战:首先,软件架构与需求必须保持一致,对尚未发现的需求或者发生演化的需求都是如此;其次,尽管常常发生架构实现的变更,但软件架构与其对应的架构实现必须保持一致。
本书包含很多示例和用例,通过这种直观的方法来帮助你获取成为一名成功的软件架构师所需的一切。本书将帮助你了解Python的来龙去脉,以便可以用Python来构建和设计高度可扩展的、健壮的、简洁的、性能强大的应用程序。
主要内容
第1章介绍了软件架构的核心思想,简要介绍了架构质量属性和一些隐含的原理。这将使你能够在软件架构原理和基本属性方面拥有良好的知识基础。
第2章包括开发中软件架构的可修改性和可读性。它将帮助你深入理解架构的可维护性等质量属性,并获得用Python编写代码来测试应用程序的各种技巧和策略。
第3章帮助你理解软件架构的可测试性,以及如何为Python应用程序构建架构以满足可测试性。你还将了解可测试性和软件测试的各个方面,以及Python中可用的各种库和模块,以便编写各种可测试的应用程序。
第4章讨论了在编写Python代码过程中关于性能的方方面面。你不仅可以学习架构性能的基本知识,还可以掌握在何时何地需要进行性能优化。例如,你会学习到何时进行SDLC的性能优化。
第5章不仅阐述了编写可扩展应用程序的重要性,还讨论了实现应用程序可扩展性的各种不同方法,并论述了如何利用Python来实现各种可扩展性技术。你不仅能学到可扩展性的理论方面的知识,还能学到业界的最佳实践。
第6章讨论了架构安全性的方方面面,并使你掌握一些最佳实践和技巧来编写安全性高的应用程序。你会了解在Python架构应用程序中可能出现的各种不同的安全问题,以及Python是如何从头开始保障安全性的。
第7章从程序员实用性的角度,简要论述了Python中出现的各种设计模式以及每个模式的理论背景。这些设计模式对程序员来说是非常实用的。
第8章从较高抽象层次角度介绍Python中现有的架构模式,同时给出了几个示例,用来说明如何利用Python库和框架来实现基于这些模式的高层次架构问题的解决方法。
第9章讨论如何正确地在远程环境中或云上使用Python轻松部署代码的方方面面。
第10章讨论了一些Python代码调试技术,包括最简单实用的打印语句、日志记录和系统调用跟踪机制等,这些对程序员来说都是非常容易获得的,也有助于系统架构师指导他的团队。
阅读本书需要准备什么
为运行本书中展示的大部分代码示例,需要在系统中安装Python 3。其他的预备知识会在相应的实例中提到。
本书的读者对象
本书适用于有经验的Python开发人员,他们渴望成为企业级应用程序的架构师;本书也适用于软件架构师,他们希望利用Python的特长来创建更有效的应用程序蓝图。
约定
书中的代码块设置如下:

当希望重点关注代码块的某个特定部分时,会将相关的行(line)或项(item)设置成粗体:

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软件架构:Python语言实现 一、 概念与演进:架构的脉络与生命力 软件架构,绝非孤立的模块堆砌,而是构建复杂软件系统的蓝图与灵魂。它关乎决策,那些在项目早期做出的、一旦形成便难以逆转的决策,这些决策定义了系统的骨架,影响着其性能、可维护性、可扩展性、可靠性以及最终的开发成本。本书将深入剖析软件架构的核心概念,从宏观层面理解架构的价值所在。 我们首先会追溯软件架构的演进历程。从早期 monolithic(单体)架构的简洁高效,到 client-server(客户-服务器)架构的初步分离,再到 SOA(面向服务架构)的解耦与复用,直至如今微服务架构的盛行,每一次演进都伴随着对复杂性管理的挑战与对业务敏捷性的追求。我们将探讨每种架构模式的优点、缺点及其适用的场景,帮助读者理解为何在特定时期,某种架构会成为主流。 本书将重点强调架构的“质量属性”(Quality Attributes)。它们是衡量架构优劣的关键指标,包括但不限于: 性能(Performance): 系统响应速度、吞吐量、资源利用率等。 可维护性(Maintainability): 修改、调试、部署的难易程度。 可扩展性(Scalability): 系统应对负载增长的能力。 可靠性(Reliability): 系统在故障发生时保持正常运行的能力。 安全性(Security): 防范恶意攻击、保护数据完整性与隐私的能力。 可用性(Availability): 系统可被访问和使用的程度。 可测试性(Testability): 易于进行单元测试、集成测试、端到端测试的程度。 可重用性(Reusability): 系统组件被其他系统复用的可能性。 理解并权衡这些质量属性,是进行有效架构设计的基石。我们将通过实例分析,展示不同的架构选择如何直接影响这些属性的实现。 二、 架构风格与模式:构建系统的常用语言 架构风格(Architectural Styles)是描述系统组织结构的通用解决方案,它们提供了一套预定义的结构模式,指导我们如何组织组件、组件之间的交互方式以及数据流。本书将聚焦几种最经典且在现代软件开发中依然极具影响力的架构风格,并探讨如何在Python中实现它们: 分层架构(Layered Architecture): 将系统划分为逻辑层,每一层都依赖于其下一层。常见的例子是三层架构(表现层、业务逻辑层、数据访问层)。我们将讨论其优点(如关注点分离、易于理解)与缺点(如可能引入性能瓶颈)。 管道-过滤器架构(Pipe-and-Filter Architecture): 数据通过一系列独立的过滤器进行处理,每个过滤器执行一个特定的转换,并将结果传递给下一个过滤器。这种风格在数据处理、ETL(Extract, Transform, Load)等场景中非常有效。 事件驱动架构(Event-Driven Architecture, EDA): 系统中的组件通过发布和订阅事件进行通信。当某个组件发生某个事件时,它会发布一个事件,而其他对该事件感兴趣的组件则会订阅并响应。我们将深入探讨EDA的两种主要形式:Mediator(中介者)和Broker(代理者),并分析其在实现解耦和异步处理方面的强大能力。Python的异步编程模型(如`asyncio`)将是实现EDA的重要工具。 微服务架构(Microservices Architecture): 将大型应用程序拆分成一组小型的、独立部署的服务。每个服务都围绕特定的业务能力构建,并通过轻量级的通信机制(如HTTP/REST、消息队列)进行交互。我们将详细讨论微服务的优势(如独立部署、技术多样性、弹性伸缩)以及面临的挑战(如分布式事务、服务发现、监控)。Python丰富的Web框架(如Flask、FastAPI)和库(如Celery)将是构建微服务的有力支撑。 模型-视图-控制器(MVC)/模型-视图-视图模型(MVVM): 这些是面向用户界面的常见架构模式,旨在分离数据、用户界面和业务逻辑。我们将探讨它们如何帮助构建可维护且易于测试的GUI应用程序,以及如何在Python的GUI库(如Tkinter、PyQt)或Web框架(如Django、Flask)中应用这些模式。 除了这些宏观的架构风格,本书还将介绍许多架构模式(Architectural Patterns),它们是更具体、更细粒度的解决方案,用于解决特定的设计问题。例如: 仓储模式(Repository Pattern): 封装数据访问逻辑,使领域层免受数据存储技术的影响。 服务模式(Service Pattern): 将业务逻辑封装到可重用的服务中。 依赖注入(Dependency Injection, DI): 一种通过外部配置来管理对象依赖关系的技术,极大地提高了代码的可测试性和可维护性。我们将重点介绍Python中实现DI的常用方法和库。 领域驱动设计(Domain-Driven Design, DDD): 一种以业务领域为中心的设计方法,强调对复杂业务逻辑的建模。我们将探讨DDD的核心概念,如限界上下文(Bounded Context)、聚合(Aggregate)、实体(Entity)、值对象(Value Object)等,以及如何在Python中实践DDD。 三、 Python在架构中的实践:工具、库与思维 Python以其简洁的语法、丰富的库生态系统和强大的灵活性,成为实现各种软件架构的理想语言。本书将贯穿Python的具体实现细节,将抽象的架构概念与实际的代码编写联系起来: 模块化与包管理: 如何利用Python的模块和包组织代码,实现关注点的分离,是构建任何良好架构的基础。我们将讨论包的组织结构、命名规范以及最佳实践。 面向对象编程(OOP): Python强大的OOP特性,如类、继承、多态,是实现许多架构模式(如MVC、DDD)的关键。我们将展示如何运用OOP原则来构建清晰、可维护的代码。 函数式编程(FP): 尽管Python是一门多范式语言,但其对函数式编程的支持也日益增强(如列表推导式、生成器、`map`/`filter`/`reduce`等)。我们将探讨如何在架构设计中适当地引入函数式编程思想,以提高代码的简洁性和表达力。 异步编程 (`asyncio`): 对于构建高性能、高并发的系统,Python的`asyncio`库提供了强大的支持。我们将讲解如何利用async/await语法,实现非阻塞I/O,构建高效的网络服务和事件驱动系统。 Web框架: Python拥有如Django、Flask、FastAPI等成熟的Web框架,它们内置了许多架构设计的最佳实践,如路由、模板渲染、ORM等。我们将分析这些框架如何支持不同的架构风格,并提供实际的应用示例。 消息队列与通信: 在分布式系统或事件驱动架构中,消息队列(如RabbitMQ、Kafka)是实现异步通信和解耦的关键。我们将介绍Python中与之集成的库,并展示如何在Python项目中应用消息队列。 测试与代码质量: 良好的架构离不开完善的测试。我们将讨论Python的测试框架(如unittest、pytest),以及如何编写易于测试的代码,如何利用静态代码分析工具(如Pylint、Flake8)来保证代码质量,从而支持架构的长期演进。 部署与容器化: 架构的落地离不开部署。我们将简要探讨Docker等容器化技术如何帮助我们打包和部署基于Python的各类架构风格的应用程序。 四、 架构决策与演进:在变化中保持优雅 软件架构并非一成不变的静态蓝图,它是一个动态的过程,需要随着业务需求的变化而不断演进。本书将不仅仅关注“是什么”,更会深入探讨“如何做”: 架构设计过程: 从需求分析到架构选型,再到具体实现,我们将梳理一套行之有效的架构设计流程。 权衡与取舍: 任何架构决策都伴随着权衡。我们将引导读者理解如何在不同的质量属性之间做出明智的取舍,如何识别并规避潜在的陷阱。 架构评审: 如何进行有效的架构评审,收集反馈,不断优化架构。 重构与演进: 当系统规模增大、需求变化时,如何进行架构重构,使之适应新的挑战。 技术债务: 理解技术债务的概念,以及如何管理和偿还技术债务,避免其侵蚀系统的健康。 总结 《软件架构:Python语言实现》旨在为开发者提供一套系统而全面的软件架构设计与实践指南。本书将理论与实践相结合,通过Python语言的生动表达,帮助读者深刻理解软件架构的核心思想,掌握常用的架构风格与模式,并能在实际项目中有效地运用Python来实现高质量的软件系统。无论您是初涉架构领域的开发者,还是经验丰富的架构师,本书都将为您带来启发与收获,助您构建更健壮、更灵活、更具生命力的软件。

用户评价

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我购买《软件架构:Python语言实现》的初衷,主要是为了解决在实际项目中遇到的复杂系统设计难题。我们团队目前负责一个快速增长的电商平台,随着业务规模的扩大,原有的单体架构已经暴露出越来越多的弊端,比如开发效率低下、部署困难、技术债务堆积等。我希望通过阅读这本书,能够获得一套切实可行的解决方案,指导我们如何将现有系统进行模块化拆分,并逐步向更先进的架构模式迁移。书中对宏观架构模式,如分层架构、事件驱动架构、CQRS等,是否有深入的介绍和比较,以及它们各自的优缺点和适用场景,是我非常关注的。更重要的是,我希望书中能够提供具体的Python代码示例,来演示如何在不同的架构模式下进行实践。例如,在事件驱动架构中,如何利用Python的异步编程能力(如asyncio)和消息队列(如RabbitMQ或Kafka)来实现解耦和高并发;在CQRS模式下,如何设计读写分离的命令和查询处理器,以及如何保证数据的一致性。我特别希望看到书中能够提供一些关于如何选择合适的架构模式、如何进行系统拆分、如何管理不同服务之间的依赖关系以及如何进行有效的测试和监控等方面的实践建议。这本书能否帮助我构建出更加可扩展、可维护、高性能的软件系统,是我对它的期望。

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作为一名资深的Python开发者,我一直在寻找一本能够深化我对软件架构理解的书籍,尤其是在Python这个生态系统中。市面上关于软件架构的书籍很多,但真正能结合Python语言特性的却相对较少。《软件架构:Python语言实现》这个书名立刻吸引了我,因为它承诺将抽象的架构概念与具体的编程语言相结合。我特别想了解书中是如何讲解“架构决策”的。很多时候,开发者知道如何实现某个功能,但却不清楚为什么要在某个特定的地方做出某个架构上的选择。我希望这本书能够深入探讨影响架构决策的因素,比如性能需求、可伸缩性、安全性、可维护性、团队能力等等,并提供一些通用的决策框架或方法论。同时,书中对Python在不同架构模式下的具体应用,我也非常感兴趣。比如,在面向服务的架构中,如何利用Python框架(如Flask或Django)构建RESTful API,如何处理服务发现和注册;在事件驱动架构中,如何利用Python的库(如Celery)来管理异步任务和消息传递;在云原生架构中,如何利用Python与Docker、Kubernetes等工具进行集成,实现应用的部署和管理。我希望这本书能提供一些“为什么”和“怎么样”的答案,而不仅仅是“是什么”。

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我是一名对软件工程有浓厚兴趣的Python学习者,最近在探索如何将我的Python技能应用到构建更健壮、更可扩展的软件系统中。《软件架构:Python语言实现》这本书,从名字上看,正是我所需要的。我对于书中如何处理“可伸缩性”和“高可用性”这两个关键的架构属性非常好奇。在Python社区,大家经常讨论如何优化代码性能,但对于系统整体的可伸缩性设计,以及如何保证系统在高并发、高负载下的稳定性,往往缺乏系统性的讲解。我希望书中能够深入剖析常见的可伸缩性策略,例如水平扩展、垂直扩展、负载均衡、缓存机制等,并提供如何在Python中利用相关工具和库来实现这些策略的具体方法。同时,我也非常关注书中关于“容错性”和“弹性设计”的讨论。一个好的架构应该能够在部分组件失效的情况下,仍然能够提供服务。我希望书中能够讲解如何通过设计模式、错误处理机制、重试策略、以及对外部依赖的隔离等方式,来构建具有良好容错能力的Python系统。另外,我也希望书中能够提供一些关于如何进行系统性能监控和调优的建议,以及如何利用Python来编写自动化运维脚本,来支持系统的健康运行。这本书能否为我提供一套完整的解决方案,帮助我构建出稳定可靠、性能卓越的Python应用,是我非常期待的。

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拿到这本《软件架构:Python语言实现》时,我其实是带着点忐忑的。毕竟,“软件架构”这四个字听起来就很高深,而且我之前接触过的关于架构的书,要么过于理论化,要么例子老旧,难以与我目前的开发实践联系起来。但翻开目录,看到它从基础概念讲起,循序渐进地深入到各种经典和现代的架构模式,并且明确指出将以Python语言作为实践载体,我的兴趣立刻被点燃了。我最期待的是书中关于微服务架构的讲解。如今微服务已经成为业界的主流,但真正理解其精髓,掌握如何设计、开发和部署一套健壮的微服务系统,仍然是一个巨大的挑战。我希望书中能够深入剖析微服务拆分策略、服务间通信机制(RESTful API、消息队列等)、服务治理(注册中心、配置中心、熔断降级)以及数据一致性等关键问题,并且通过Python代码示例,让我能够清晰地看到如何在实际项目中应用这些原则。此外,书中对领域驱动设计(DDD)的阐述也让我非常好奇。DDD的理念虽然早已耳熟能详,但将其落地到具体的代码实现,尤其是与Python的结合,却常常让人感到迷茫。我期望书中能够提供清晰的DDD概念讲解,并展示如何利用Python的特性(如装饰器、类、元类等)来构建领域模型、聚合根、实体和值对象,从而实现更加灵活和可维护的系统。这本书能否为我指明方向,帮助我跨越理论与实践的鸿沟,是我最关心的。

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我最近在学习如何构建大型、复杂的Python应用程序,并且遇到了不少关于代码组织、模块化和可维护性的挑战。《软件架构:Python语言实现》这本书,从书名上看,似乎能提供我所需要的指导。我尤其关注书中关于“设计模式”和“架构模式”之间的关系。很多时候,我感觉自己能运用一些常用的设计模式,但在构建整个应用程序的骨架时,却感到力不从心。我希望书中能够清晰地阐释各种架构模式,比如 MVC、MVVM、Layered Architecture、Event-Driven Architecture 等,并说明它们在Python项目中的具体体现。更重要的是,我期待书中能够展示如何将这些架构模式与Python的特性结合起来,例如如何利用Python的动态性、装饰器、元类等来优雅地实现某些架构原则。我还在思考如何处理大型项目的代码耦合问题,以及如何保证代码的可测试性。我希望这本书能提供一些关于如何进行代码分层、模块划分、以及如何设计清晰的接口和抽象的指导,最好能附带一些Python代码示例,让我能够直观地理解。能否帮助我写出更易于理解、更易于扩展、更易于测试的Python代码,是我对这本书的期望。

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习惯给五星。

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质量还不错,快递速度可以

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