設計模式——工廠方法模式

目錄

• 1. 簡介
• 2. 示例1-計算器重構
  • 2.1 背景說明
  • 2.2 代碼重構
  • 2.3 程序類圖
• 3. 示例2-模擬多功能日記記錄器
  • 3.1 背景說明
  • 3.2 代碼實現
  • 3.3 程序類圖
• 4. 總結分析
  • 4.1 優勢
  • 4.2 缺點
  • 4.3 適應場合
  • 4.4 其餘說明
• 5. 參考及源碼下載

shanzm-2020年4月3日 22:26:27

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1. 簡介

工廠方法模式（Factory Method Pattern）也稱爲工廠模式，又稱爲虛擬構造器模式或多態模式。

在工廠方法模式中，工廠父類負責定義建立產品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產品對象，這樣作的目的是將產品類的實例化操做延遲到工廠子類中完成，即經過工廠子類來肯定究竟應該實例化哪個具體產品類。

工廠方法模式主要類：

• Product抽象產品類（或是接口），派生出全部的具體產品類ConcreteProductA、ConcreteProductA ……

• ConcreteProduct 具體產品類，繼承於Product抽象類

• Factory 抽象工廠接口，全部的具體工廠類都是實現該接口

• ConcreteFactory 具體工廠，實現了Factory接口,建立具體的產品對象

注：在GoF的《設計模式：可複用面向對象軟件的基礎》，對工廠方法模式的描述中使用的是 Creator接口,其含有 FactoryMethod()方法

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2. 示例1-計算器重構

2.1 背景說明

在設計模式——簡單工廠模式一文中，使用簡單工廠模式建立了一個簡單的四則計算器，

咱們須要一個抽象的Operation父類，派生出四個加減乘除子類

在工廠中根據傳入的符號參數，生成不一樣的運行類。

可是問題也就來了，如果添加一個新的運行類，咱們依舊能夠繼承於Operation抽象父類，override運算方法，而後在工廠中添加一個新的分支，建立該運算類。

那麼問題就來了！按照設計原則——開閉原則，咱們應該開放擴展，關閉修改。在這裏，咱們擴展了運算方法，可是同時也對Factory類進行了修改，這明顯不符合開閉原則啊！

其實這就是簡單工廠模式的缺點。

爲了解決這個缺點，咱們引入工廠方法模式。（事實上，簡單工廠模式是工廠方法模式的簡化版，而不是由於簡單工廠模式有缺點才演變爲工廠方法模式的）

咱們對在簡單工廠模式中實現的計算器進行進一步的重構

2.2 代碼重構

提取出工廠接口：IFactory,分別建立每一個運行類的工廠類AddFactory,SubFactory,MulFactory,DivFactory。

//工廠接口：抽象工廠
public interface IFactory
{
    Operation CreateOperation();
}

//加法運行工廠：具體工廠
public class AddFactory : IFactory
{
    public Operation CreateOperation()
    {
        return new OperationAdd();
    }
}

//減法運行工廠：具體工廠
public class SubFactory : IFactory
{
    public Operation CreateOperation()
    {
        return new OperationSub();
    }
}

//乘法運行工廠：具體工廠
public class MulFactory : IFactory
{
    public Operation CreateOperation()
    {
        return new OperationMul();
    }
}

//除法運行工廠：具體工廠
public class DivFactory : IFactory
{
    public Operation CreateOperation()
    {
        return new OperationDiv();
    }
}

這時咱們在客戶端，能夠這樣使用：

static void Main(string[] args)
{
    //建立一個具體的工廠對象：加法工廠對象
    IFactory addFactory = new AddFactory();
    //使用加法工廠對象建立加法運算類
    Operation addOper = addFactory.CreateOperation();
    addOper.NumA = 2;
    addOper.NumB = 3;
    Console.WriteLine(addOper.GetResult());//print:5
    Console.ReadKey();
}

其實到這裏是能夠發現，通過重構後的代碼，每一個具體運算類都有一個相應的工廠類

如果須要添加一個新的運行符，則咱們只須要建立一個新的具體工廠類XXXFactory，實現抽象工廠接口IFactory，同時再建立新的運算符實現類XXX，繼承於運算抽象父類Operation。這樣就能夠在不修改程序中的現有的類的情形下，實現對程序的擴展！知足了開閉原則，避免了簡單工廠模式的缺點！

工廠方法模式實現時，客戶端須要決定實例化哪個工廠來實現運算類，選擇判斷的問題仍是存在的，也就是說，工廠方法把簡單工廠的內部邏輯判斷移到了客戶端代碼來進行。你想要加功能，原本是改工廠類的，而如今是修改客戶端

2.3 程序類圖

注1：類圖是vs自動生成的，可是VS中沒法生成`依賴關係`的圖示,因此我本身用畫圖軟件給補上來，便於理解程序中各個類的關係。

注2：實現接口在vs中自動生成的類中是使用棒棒糖表示法

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3. 示例2-模擬多功能日記記錄器

3.1 背景說明

示例來源於《設計模式實訓-第二版》

某系統日誌記錄器要求支持多種日誌記錄方式，如文件日誌記錄（FileLog）、數據庫日誌記錄（DatabaseLog）等，且用戶能夠根據要求動態選擇日誌記錄方式，現使用工廠方法模式設計該系統。

這裏我爲何要用這個示例？ 由於在實際開發中，一些框架和程序包都是按照工廠方法模式開發的，包括日誌框架。

其實你想想，使用的一些框架和程序包的調用，是否是都先是建立一個ConcreteFactory對象（或者Creator對象），以後使用該具體工廠對象建立ConcreteProduct對象

好比：Quartz .NET任務調度框架

3.2 代碼實現

①抽象產品和具體產品的實現代碼

//抽象產品：日誌記錄器總接口（使用抽象類也能夠）
public interface ILog
{
    void WriteLog();
}
//具體產品:文件日誌記錄器
public class FileLog : ILog
{
    public void WriteLog()
    {
        Console.WriteLine("記錄日誌於日誌文件中");
    }
}
//具體產品：數據庫日誌記錄器
public class DatabaseLog : ILog
{
    public void WriteLog()
    {
        Console.WriteLine("記錄日誌於日誌數據庫中");
    }
}

②抽象工廠和具體工廠的實現代碼

//抽象工廠：日誌記錄器工廠
public interface ILogFactory
{
    ILog CreateLog();
}
//具體工廠：文件日記記錄器工廠
public class FileLogFactory : ILogFactory
{
    public ILog CreateLog()
    {
        return new FileLog();
    }
}
//具體工廠：數據庫日記記錄器工廠
public class DatabaseLogFactory : ILogFactory
{
    public ILog CreateLog()
    {
        return new DatabaseLog();
    }
}

③客戶端代碼

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        //建立一個具體的工廠對象：FileLogFactory
        ILogFactory logFac = new FileLogFactory();
        //由工廠對象，建立產品對象：FileLog
        //FileLog log = logFac.CreateLog() as FileLog;
        ILog log = logFac.CreateLog();
        log.WriteLog();//print:記日誌於日誌文件中
        Console.ReadKey();
    }
}

3.3 程序類圖

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4. 總結分析

4.1 優勢

• 當調用者須要一個具體產品對象，只要使用該具體產品的具體工廠建立該對象便可。調用者不須要知道具體產品對象是怎麼建立的

• 便於擴展：使用工廠方法模式的另外一個優勢是在系統中加入新產品時，無須修改抽象工廠和抽象產品提供的接口，無須修改客戶端，也無須修改其餘的具體工廠和具體產品，而只要添加一個具體工廠和具體產品就能夠了。這樣，系統的可擴展性也就變得很是好，徹底符合「開閉原則」。

• 工廠方法模式是平行的類層次結構

  • 什麼是平行的類層次結構？簡單的說，假若有兩個類的層次，其中一個層次中的類在另一個層次中都有相對應的類，則稱這兩個類層次是平行的類層次結構。工廠方法模式就是平行的類層次結構。這裏能夠看UML圖，很是明顯！工廠類層次和產品類層次就是平行的。

  • 這種平行的類層次結構用來幹什麼呢？主要用來把一個類層次中的某些行爲分離出來，讓類層次中的類把本來屬於本身的職責，委託給分離出來的類去實現，從而使得類層次自己變得更簡單，更容易擴展和複用。

4.2 缺點

• 擴展系統的時候，一旦添加一個具體產品類，則必須同時添加一個相應的具體工廠類。因此係統中類的添加是成對的添加，必定程度上形成系統繁雜。

4.3 適應場合

• 工廠方法模式是new一個對象的替代品。因此其實在須要大量實例化對象的地方都是可使用的。

• 實際中開發中，工廠方法主要用於工具包和框架中

4.4 其餘說明

• 爲何工廠方法模式也稱爲多態工廠模式？工廠接口的有不一樣的實現（也就是多態），換一句說也就是具體工廠類都有同一個工廠接口。

• 工廠方法模式的簡化：如果產品對象較少，可使用一個具體工廠類（包含一個靜態的工廠方法）根據參數去建立全部的具體產品，這就是所謂的簡單工廠模式。

  • 注意簡單工廠模式就是經過參數化工廠方法實現的。參數化工廠方法具體指：經過給工廠方法傳遞參數，讓工廠方法根據參數建立不一樣的產品對象。

  • 詳細可參考《研磨設計模式》

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5. 參考及源碼下載

• 示例中源代碼下載

• 《大話設計模式》

• 《設計模式實訓教程-第二版》

• 《研磨設計模式》

• 《圖說設計模式》

• 設計模式——簡單工廠模式

• 設計模式——面向對象的設計原則