設計模式——工廠方法模式
- 2020 年 4 月 3 日
- 筆記
1. 簡介
工廠方法模式（Factory Method Pattern）也稱為工廠模式，又稱為虛擬構造器模式或多態模式。
在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創建產品對象的公共介面，而工廠子類則負責生成具體的產品對象，這樣做的目的是將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應該實例化哪一個具體產品類。
工廠方法模式主要類：
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Product抽象產品類（或是介面），派生出所有的具體產品類
ConcreteProductA、ConcreteProductA…… -
ConcreteProduct 具體產品類，繼承於
Product抽象類 -
Factory 抽象工廠介面，所有的具體工廠類都是實現該介面
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ConcreteFactory 具體工廠，實現了
Factory介面,創建具體的產品對象
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，使用簡單工廠模式創建了一個簡單的四則計算器，
我們需要一個抽象的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，生成不同的運行類。
但是問題也就來了，若是添加一個新的運行類，我們依舊可以繼承於Operation抽象父類，override運算方法，然後在工廠中添加一個新的分支，創建該運算類。
那麼問題就來了！按照設計原則——開閉原則，我們應該開放擴展，關閉修改。在這裡，我們擴展了運算方法，但是同時也對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。
為了解決這個缺點，我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，而不是因為簡單工廠模式有缺點才演變為工廠方法模式的）
我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 程式碼重構
提取出工廠介面：IFactory,分別創建每個運行類的工廠類AddFactory,SubFactory,MulFactory,DivFactory。
//工廠介面：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(); } } 這時我們在客戶端，可以這樣使用：
static void Main(string[] args) { //創建一個具體的工廠對象：加法工廠對象 IFactory addFactory = new AddFactory(); //使用加法工廠對象創建加法運算類 Operation addOper = addFactory.CreateOperation(); addOper.NumA = 2; addOper.NumB = 3; Console.WriteLine(addOper.GetResult());//print:5 Console.ReadKey(); } 其實到這裡是可以發現，經過重構後的程式碼，每個具體運算類都有一個相應的工廠類
若是需要添加一個新的運行符，則我們只需要創建一個新的具體工廠類XXXFactory，實現抽象工廠介面IFactory，同時再創建新的運算符實現類XXX，繼承於運算抽象父類Operation。這樣就可以在不修改程式中的現有的類的情形下，實現對程式的擴展！滿足了開閉原則，避免了簡單工廠模式的缺點！
工廠方法模式實現時，客戶端需要決定實例化哪一個工廠來實現運算類，選擇判斷的問題還是存在的，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程式碼來進行。你想要加功能，本來是改工廠類的，而現在是修改客戶端
2.3 程式類圖
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援多種日誌記錄方式，如文件日誌記錄（FileLog）、資料庫日誌記錄（DatabaseLog）等，且用戶可以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。
這裡我為什麼要用這個示例？ 因為在實際開發中，一些框架和程式包都是按照工廠方法模式開發的，包括日誌框架。
其實你想一想，使用的一些框架和程式包的調用，是不是都先是創建一個ConcreteFactory對象（或者Creator對象），之後使用該具體工廠對象創建ConcreteProduct對象
3.2 程式碼實現
①抽象產品和具體產品的實現程式碼
//抽象產品：日誌記錄器總介面（使用抽象類也可以） 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：資料庫日誌記錄器 public class DatabaseLog : ILog { public void WriteLog() { Console.WriteLine("記錄日誌於日誌資料庫中"); } } ②抽象工廠和具體工廠的實現程式碼
//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：資料庫日記記錄器工廠 public class DatabaseLogFactory : ILogFactory { public ILog CreateLog() { return new DatabaseLog(); } } ③客戶端程式碼
class Program { static void Main(string[] args) { //創建一個具體的工廠對象：FileLogFactory ILogFactory logFac = new FileLogFactory(); //由工廠對象，創建產品對象：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 程式類圖
4. 總結分析
4.1 優點
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當調用者需要一個具體產品對象，只要使用該具體產品的具體工廠創建該對象即可。調用者不需要知道具體產品對象是怎麼創建的
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便於擴展：使用工廠方法模式的另一個優點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介面，無須修改客戶端，也無須修改其他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可以了。這樣，系統的可擴展性也就變得非常好，完全符合「開閉原則」。
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工廠方法模式是平行的類層次結構
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什麼是平行的類層次結構？簡單的說，假如有兩個類的層次，其中一個層次中的類在另外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。這裡可以看UML圖，非常明顯！工廠類層次和產品類層次就是平行的。
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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為分離出來，讓類層次中的類把原本屬於自己的職責，委託給分離出來的類去實現，從而使得類層次本身變得更簡單，更容易擴展和復用。
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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。所以系統中類的添加是成對的添加，一定程度上造成系統繁雜。
4.3 適應場合
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工廠方法模式是new一個對象的替代品。所以其實在需要大量實例化對象的地方都是可以使用的。
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實際中開發中，工廠方法主要用於工具包和框架中
4.4 其他說明
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為什麼工廠方法模式也稱為多態工廠模式？工廠介面的有不同的實現（也就是多態），換一句說也就是具體工廠類都有同一個工廠介面。
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工廠方法模式的簡化：若是產品對象較少，可以使用一個具體工廠類（包含一個靜態的工廠方法）根據參數去創建所有的具體產品，這就是所謂的簡單工廠模式。
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注意簡單工廠模式就是通過參數化工廠方法實現的。參數化工廠方法具體指：通過給工廠方法傳遞參數，讓工廠方法根據參數創建不同的產品對象。
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詳細可參考《研磨設計模式》
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