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Implementando design patterns em Python

skill issue
Skill issue

Essa seção é composta apenas por exercícios para aprimorar suas habilidades. Nenhuma seção de exercícios é obrigatória, mas escolher não fazer nenhuma é uma ótima forma de criar um skill issue para você mesmo, no futuro.

gepetada
Gepetada

Esta seção contem GEPETADAS.

1. Exercícios de Strategy​

Exercício 1

Você está desenvolvendo um sistema para calcular descontos em um e-commerce. Existem diferentes estratégias de desconto, como:

  1. Desconto percentual (por exemplo, 10% de desconto).
  2. Desconto fixo (um valor fixo subtraído do total, por exemplo, R$ 50,00 de desconto).
  3. Sem desconto (nenhum desconto é aplicado).

Sua tarefa é implementar essas estratégias usando o Strategy Pattern. A ideia é que o sistema seja flexível para mudar de estratégia de desconto facilmente.

Requisitos:

  1. Implemente uma classe Pedido que contenha o valor total do pedido.
  2. Crie uma interface ou classe base chamada DescontoStrategy para as diferentes estratégias de desconto.
  3. Implemente três estratégias de desconto concretas:
    • DescontoPercentual (aplica um desconto percentual).
    • DescontoFixo (aplica um desconto fixo).
    • SemDesconto (não aplica desconto).
  4. O Pedido deve poder receber uma estratégia de desconto e calcular o valor final baseado nela.

Exemplo de uso:

pedido = Pedido(500)  # Pedido de R$ 500,00
pedido.definir_desconto(DescontoPercentual(10))  # 10% de desconto
print(pedido.calcular_valor_final())  # Deveria imprimir 450.0

pedido.definir_desconto(DescontoFixo(50))  # R$ 50,00 de desconto
print(pedido.calcular_valor_final())  # Deveria imprimir 450.0

pedido.definir_desconto(SemDesconto())  # Sem desconto
print(pedido.calcular_valor_final())  # Deveria imprimir 500.0

Instruções:

  1. Crie as classes necessárias para implementar essa estrutura.
  2. Use o padrão Strategy para que seja fácil mudar a estratégia de desconto sem alterar a lógica do pedido.
  3. Teste a aplicação de diferentes descontos no pedido.

Dicas:

  • Lembre-se que o Strategy Pattern envolve encapsular uma família de algoritmos (neste caso, diferentes cálculos de desconto) e torná-los intercambiáveis.
  • Sua classe Pedido deve aceitar diferentes estratégias de desconto sem precisar alterar seu código internamente.
Exercício 2

Você está desenvolvendo um sistema de recomendação de frete para uma loja online. Dependendo de diferentes fatores, como peso do pacote, destino e urgência da entrega, diferentes transportadoras são escolhidas. Sua tarefa é implementar um sistema que use o Strategy Pattern para definir a estratégia de seleção da transportadora de forma flexível.

Requisitos:

  1. Crie uma classe Pedido que tenha as seguintes propriedades:
    • Peso do pacote (peso).
    • Destino (destino).
    • Urgência da entrega (urgente, booleano).
  2. Implemente uma interface ou classe base FreteStrategy, que define um método calcular_frete(pedido) para calcular o custo de frete baseado nas características do pedido.
  3. Implemente ao menos três estratégias concretas de cálculo de frete:
    • FreteRapido: Mais caro, mas com entrega rápida (aplica um custo adicional fixo para pedidos urgentes).
    • FreteNormal: Baseado apenas no peso e destino (desconsidera urgência).
    • FreteEconomico: Mais barato, mas com tempo de entrega maior (aplica desconto para pedidos não urgentes e com peso leve).
  4. A classe Pedido deve receber a estratégia de frete e calcular o custo total de frete usando essa estratégia.

Regras:

  • FreteRapido: Para pedidos urgentes, adicione uma taxa fixa de R$ 50,00 ao cálculo normal do frete (por peso e destino).
  • FreteNormal: Baseie o custo de frete no peso do pacote e no destino (custo pode ser um valor base por quilograma + uma taxa por distância).
  • FreteEconomico: Se o pedido não for urgente e o peso for menor que 2 kg, aplique um desconto de 30% no custo total do frete.

Exemplo de uso:

pedido1 = Pedido(peso=5, destino='São Paulo', urgente=True)
pedido2 = Pedido(peso=1.5, destino='Rio de Janeiro', urgente=False)

pedido1.definir_frete(FreteRapido())
print(pedido1.calcular_custo_frete())  # Custo com frete rápido

pedido2.definir_frete(FreteEconomico())
print(pedido2.calcular_custo_frete())  # Custo com frete econômico

pedido1.definir_frete(FreteNormal())
print(pedido1.calcular_custo_frete())  # Custo com frete normal

Instruções:

  1. Implemente as classes necessárias para representar as diferentes estratégias de frete.
  2. O método calcular_frete de cada estratégia deve levar em consideração as propriedades do pedido (peso, destino e urgência).
  3. A classe Pedido deve ser capaz de trocar de estratégia dinamicamente e recalcular o frete.

Desafios Extras:

  • Para simular destinos diferentes, você pode definir uma tabela de distâncias (ou usar uma função simples que retorna uma distância baseada no destino).
  • Tente aplicar alguma validação para garantir que o peso e o destino sejam válidos antes de calcular o frete.
  • Pense em como escalonar essa lógica no futuro, caso você precise adicionar novas transportadoras com suas próprias regras.

Dicas:

  • O foco aqui é no uso do Strategy Pattern para trocar as regras de cálculo de frete sem alterar a estrutura do Pedido.
  • Considere como a separação das estratégias torna o código mais flexível e fácil de manter, caso você queira adicionar ou modificar as regras de cálculo no futuro.
Exercício 3

Você foi contratado para desenvolver um sistema de gestão de investimentos que permita aos clientes aplicar seu capital em diferentes estratégias de investimento. Cada estratégia tem suas próprias regras para calcular os retornos com base em fatores como o valor investido, o nível de risco e a performance do mercado.

Sua tarefa é usar o Strategy Pattern para implementar várias estratégias de investimento e permitir que o cliente escolha a estratégia mais adequada para seus objetivos.

Requisitos:

  1. Crie uma classe Investimento que tenha as seguintes propriedades:

    • Valor investido (valor_investido).
    • Nível de risco (risco, que pode ser baixo, médio ou alto).
    • Performance do mercado (performance, que será um valor percentual, por exemplo, +5% ou -3%).

  2. Implemente uma interface ou classe base EstrategiaInvestimento com um método calcular_retorno(investimento) que calcula o retorno do investimento com base nas regras da estratégia.

  3. Implemente pelo menos três estratégias de investimento concretas:

    • EstrategiaConservadora: Investimentos de baixo risco, que garantem um retorno mínimo, mas com ganhos limitados. Se a performance do mercado for negativa, o retorno é neutro.
    • EstrategiaModerada: Combina uma análise de risco e performance do mercado. Oferece maior retorno em mercados positivos, mas ainda protege parte do valor investido em mercados negativos.
    • EstrategiaAgressiva: Oferece altos retornos em mercados positivos, mas também pode resultar em grandes perdas se o mercado estiver negativo, dependendo do risco assumido.

  4. O cliente deve ser capaz de trocar a estratégia de investimento dinamicamente e recalcular o retorno esperado.

Detalhes de cada estratégia:

  • EstrategiaConservadora:

    • Retorno mínimo de 2% se o mercado for neutro ou positivo.
    • Se a performance do mercado for negativa, o retorno é 0%.

  • EstrategiaModerada:

    • Para performance de mercado positiva, o retorno é a performance multiplicada por um fator de 1,5.
    • Para performance negativa, o cliente perde apenas 50% da performance negativa (por exemplo, se o mercado cair -6%, a perda será -3%).

  • EstrategiaAgressiva:

    • Retorno total baseado na performance do mercado.
    • Se o mercado subir, o retorno é amplificado em 2x. Se o mercado cair, a perda é total, sem mitigação.

Exemplo de uso:

# Investimento inicial de R$ 10.000,00, com risco médio e performance do
mercado +5%
investimento = Investimento(valor_investido=10000, risco='médio',
performance=5)

investimento.definir_estrategia(EstrategiaConservadora())
print(investimento.calcular_retorno())  # Deveria imprimir o retorno com a
estratégia conservadora

investimento.definir_estrategia(EstrategiaModerada())
print(investimento.calcular_retorno())  # Deveria imprimir o retorno com a
estratégia moderada

investimento.definir_estrategia(EstrategiaAgressiva())
print(investimento.calcular_retorno())  # Deveria imprimir o retorno com a
estratégia agressiva

Instruções:

  1. Implemente a classe Investimento que aceite a estratégia de investimento e permita calcular o retorno esperado.
  2. Implemente as estratégias mencionadas, cada uma com suas regras específicas para calcular o retorno.
  3. Certifique-se de que o cliente pode trocar de estratégia sem precisar modificar a lógica interna do investimento.

Desafios Extras:

  • Implemente uma lógica para considerar o risco do cliente de forma mais elaborada. Por exemplo, em estratégias agressivas, o retorno pode ser ainda mais alto para investidores com maior apetite ao risco.
  • Adicione mais estratégias de investimento com regras mais complexas, como uma estratégia que ajusta automaticamente o nível de risco com base na performance do mercado.

Reflexão:

  • Como o uso do Strategy Pattern ajuda a manter o código flexível e adaptável a novas estratégias?
  • Pense na extensibilidade do sistema. Como você pode adicionar novas estratégias sem modificar o código existente?

2. Exercícios de Observer​

Exercício 4

Você está desenvolvendo um sistema simples de notificações para um aplicativo de clima. O aplicativo permite que usuários se inscrevam para receber alertas sempre que a previsão de temperatura mudar. Cada usuário pode ser notificado de maneira diferente, por exemplo, por e-mail ou SMS.

Sua tarefa é implementar o Observer Pattern para esse sistema, onde:

  1. Uma classe EstacaoMeteorologica será responsável por manter a temperatura atual e notificar os usuários registrados sempre que houver uma mudança de temperatura.
  2. Diferentes observadores (os usuários) poderão se inscrever e ser notificados de acordo com suas preferências.

Requisitos:

  1. Crie a classe EstacaoMeteorologica, que será o sujeito (subject), com os seguintes métodos:

    • adicionar_observador(observador): Para adicionar um novo observador.
    • remover_observador(observador): Para remover um observador.
    • notificar_observadores(): Para notificar todos os observadores sobre uma mudança na temperatura.
    • Um método alterar_temperatura(nova_temperatura) que atualiza a temperatura e chama o método notificar_observadores.

  2. Crie uma interface ou classe base Observador que defina o método atualizar(temperatura) para os observadores.

  3. Implemente dois tipos de observadores concretos:

    • ObservadorEmail: Notifica os usuários por e-mail.
    • ObservadorSMS: Notifica os usuários via SMS.

  4. Cada observador deve ser notificado com a nova temperatura quando esta for alterada.

Exemplo de uso:

# Criação da estação meteorológica
estacao = EstacaoMeteorologica()

# Observadores se inscrevem para receber notificações
observador_email = ObservadorEmail("user@example.com")
observador_sms = ObservadorSMS("+5511999999999")

estacao.adicionar_observador(observador_email)
estacao.adicionar_observador(observador_sms)

# Alteração de temperatura
estacao.alterar_temperatura(25)  # Notifica todos os observadores com a nova
temperatura

# Um observador pode ser removido
estacao.remover_observador(observador_sms)

# Nova alteração de temperatura
estacao.alterar_temperatura(30)  # Apenas o observador de e-mail será
notificado

Instruções:

  1. Implemente a classe EstacaoMeteorologica com a capacidade de adicionar, remover e notificar observadores.
  2. Crie a classe base Observador com o método atualizar(temperatura).
  3. Implemente os observadores concretos, como ObservadorEmail e ObservadorSMS.
  4. Teste o sistema alterando a temperatura e verificando se os observadores são notificados corretamente.

Dicas:

  • O padrão Observer é útil quando você quer garantir que várias classes dependentes sejam notificadas automaticamente sempre que houver uma mudança de estado no "sujeito".
  • Para implementar o notificar_observadores, faça um loop sobre todos os observadores registrados e chame o método atualizar para cada um.
Exercício 5

Você está desenvolvendo um sistema de monitoramento de ações para uma corretora. O sistema monitora várias empresas e notifica diferentes investidores sempre que o preço de uma ação muda. Cada investidor pode estar interessado em uma ou mais empresas, e o sistema deve ser capaz de enviar notificações apenas sobre as ações que o investidor escolheu acompanhar.

Sua tarefa é implementar o Observer Pattern, onde:

  1. A classe BolsaDeValores monitora os preços das ações e notifica os investidores interessados quando há uma mudança.
  2. Cada investidor pode se inscrever para monitorar uma ou mais ações de diferentes empresas e deve ser notificado apenas sobre as ações que ele está acompanhando.

Requisitos:

  1. Crie a classe BolsaDeValores, que será o sujeito (subject), com os seguintes métodos:

    • adicionar_observador(empresa, observador): Adiciona um observador para uma empresa específica.
    • remover_observador(empresa, observador): Remove um observador de uma empresa.
    • notificar_observadores(empresa): Notifica todos os observadores registrados para uma empresa específica quando o preço da ação mudar.
    • Um método alterar_preco(empresa, novo_preco) que atualiza o preço de uma ação e chama o método notificar_observadores.

  2. Crie uma interface ou classe base Investidor, que define o método atualizar(empresa, preco) para os observadores.

  3. Implemente a classe concreta InvestidorConcreto, que representa um investidor que será notificado sobre mudanças nos preços das ações das empresas que ele está acompanhando.

Exemplo de uso:

# Criação da bolsa de valores
bolsa = BolsaDeValores()

# Investidores
investidor_1 = InvestidorConcreto("Investidor 1")
investidor_2 = InvestidorConcreto("Investidor 2")

# Investidores se inscrevem para acompanhar diferentes empresas
bolsa.adicionar_observador("Apple", investidor_1)
bolsa.adicionar_observador("Google", investidor_1)
bolsa.adicionar_observador("Google", investidor_2)

# Alteração de preço para as ações da Apple e Google
bolsa.alterar_preco("Apple", 150)  # Apenas Investidor 1 será notificado
bolsa.alterar_preco("Google", 200)  # Ambos os investidores serão notificados

# Investidor 1 para de acompanhar Google
bolsa.remover_observador("Google", investidor_1)

# Nova alteração de preço para Google
bolsa.alterar_preco("Google", 210)  # Apenas Investidor 2 será notificado

Instruções:

  1. Implemente a classe BolsaDeValores com a capacidade de gerenciar observadores para diferentes empresas.
  2. Crie a classe base Investidor com o método atualizar(empresa, preco).
  3. Implemente a classe InvestidorConcreto, que armazena o nome do investidor e recebe as notificações de mudança de preço das ações que ele está acompanhando.
  4. Teste o sistema alterando os preços das ações de diferentes empresas e verificando se apenas os investidores interessados são notificados.

Regras adicionais:

  • Um investidor pode acompanhar várias empresas, mas só receberá notificações sobre as empresas que escolheu acompanhar.
  • Quando o preço de uma ação é alterado, o sistema deve notificar todos os observadores inscritos para aquela empresa, mas não para as outras.
  • Pense em como lidar com a remoção de observadores de forma eficiente.

Dicas:

  • Para a classe BolsaDeValores, você pode usar um dicionário onde a chave é o nome da empresa e o valor é uma lista de observadores inscritos para aquela empresa.
  • O Observer Pattern permite que os observadores sejam desacoplados do objeto que os notifica, tornando o sistema mais flexível para futuras mudanças.

3. Exercícios de Factory​

Exercício 6

Você deve criar uma classe ShapeFactory que seja responsável por criar diferentes tipos de formas geométricas: Círculo e Quadrado. Cada forma terá um método draw() que exibirá uma mensagem indicando que a forma foi desenhada.

Requisitos:

  1. Crie uma classe abstrata Shape que tenha um método abstrato draw().
  2. Crie duas classes concretas, Circle e Square, que herdem de Shape e implementem o método draw().
    • O método draw() de Circle deve imprimir "Desenhando um círculo".
    • O método draw() de Square deve imprimir "Desenhando um quadrado".
  3. Implemente a classe ShapeFactory que possui um método estático get_shape(shape_type):
    • Se shape_type for "circle", ele deve retornar uma instância de Circle.
    • Se shape_type for "square", ele deve retornar uma instância de Square.
    • Se shape_type for inválido, retorne None.
  4. No programa principal, use a fábrica para criar uma forma com base em uma entrada do usuário e chame o método draw() da forma retornada.

Exemplo de uso:

forma = ShapeFactory.get_shape("circle")
forma.draw()  # Deve exibir: "Desenhando um círculo"

forma = ShapeFactory.get_shape("square")
forma.draw()  # Deve exibir: "Desenhando um quadrado"

Dicas:

  • Utilize o módulo abc para criar a classe abstrata.
  • Verifique o tipo de forma passado no método get_shape.

Esse exercício é bom para entender como o Factory Pattern funciona e como ele pode ser usado para instanciar diferentes objetos sem expor a lógica de criação ao cliente.

Exercício 7

Você foi contratado para desenvolver um sistema de pagamento online que suporta diferentes métodos de pagamento: Cartão de Crédito, PayPal, e Bitcoin. Cada método de pagamento tem suas particularidades, mas todos devem fornecer uma interface comum para processar o pagamento.

Neste exercício, você vai usar o Factory Pattern para criar instâncias de diferentes estratégias de pagamento e o Strategy Pattern para encapsular a lógica específica de cada método de pagamento.

Requisitos:

  1. Interface de Pagamento: Crie uma interface (ou classe abstrata) PaymentStrategy com o método process_payment(amount) que será implementado por cada estratégia de pagamento.

  2. Estratégias de Pagamento:

    • CreditCardPayment: Implementa a estratégia para pagamento com cartão de crédito.
    • PaypalPayment: Implementa a estratégia para pagamento via PayPal.
    • BitcoinPayment: Implementa a estratégia para pagamento com Bitcoin.

  3. Factory de Pagamentos: Implemente uma fábrica PaymentFactory que, dado um tipo de pagamento (ex: "credit", "paypal", "bitcoin"), retorne a instância apropriada da estratégia de pagamento.

  4. Processo de Pagamento: Crie uma classe PaymentProcessor que usa a Factory para obter a estratégia de pagamento e depois processa o pagamento com base no valor fornecido.

Detalhes adicionais:

  • Cada estratégia deve simular o processamento, exibindo mensagens como "Processando pagamento de X via Cartão de Crédito", etc.
  • Se o tipo de pagamento for desconhecido, a fábrica deve lançar uma exceção.

Exemplo de uso esperado:

processor = PaymentProcessor()
processor.process("credit", 100)
processor.process("paypal", 200)
processor.process("bitcoin", 300)

Saída esperada:

Processando pagamento de 100 via Cartão de Crédito
Processando pagamento de 200 via PayPal
Processando pagamento de 300 via Bitcoin

Passos para guiar sua solução:

  1. Comece criando a interface PaymentStrategy.
  2. Implemente as classes de pagamento específicas que seguem essa interface.
  3. Crie a PaymentFactory para instanciar as estratégias baseadas em um identificador.
  4. Implemente a classe PaymentProcessor que usa a fábrica para processar os pagamentos.