设计模式第二谈：工厂方法模式

Posted 2021-04-25 码农阿焦

这篇文章介绍23种常用设计模式中的工厂方法 - Factory Method模式及其Python实现。

1、什么是工厂方法模式

“四人帮”编写的《设计模式-可复用面相对象软件的基础》一书中给出定义是：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

是不是感到一头雾水，脑海中瞬间浮现出“黑人问号”？我们暂且先讲这个定义放到这，先看看下面的Python代码示例，然后回过头来理解这个定义。

2、Python代码实现考虑这样一个场景：

一家汽车生产公司分别接到宝马、奔驰的订单，开设两条汽车生产线，分别生产宝马、奔驰汽车。

以上场景如何通过面向对象的方式实现呢？了解过面向对象的童鞋们会想说，我们需要两个基类：一个是表示汽车生产工厂的工厂类，一个具有汽车通用性质的汽车类；然后定义汽车类的两个子类，分别用来实现宝马汽车和奔驰汽车的具体细节。

接下来，我们看一下如何使用Python实现上述思路。

• Python实现汽车类Car.py

from abc import ABC, abstractmethod

class Car(ABC):
    """汽车抽象类"""
    
    @abstractmethod
    def drive(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def whistle(self):
        pass

这里定义了一个抽象类Car来表示汽车，并抽象了汽车的两个操作：驾驶和鸣笛。

• Python实现宝马汽车类CarBMW.py

from .Car import Car

class CarBMW(Car):
    """宝马汽车实例类"""
    
    def drive(self):
        print("驾驶宝马汽车")
        
    def whistle(self):
        print("宝马汽车鸣笛")

• Python实现奔驰汽车类BENZ.py

from .Car import Car

class CarBENZ(Car):
    """奔驰汽车实例类"""
    
    def drive(self):
        print("驾驶奔驰汽车")
        
    def whistle(self):
        print("奔驰汽车鸣笛")

这里使用类继承的方式定义类两个类：表示宝马汽车的BMW、表示奔驰汽车的BENZ。

• Python实现工厂类Factory.py

from abc import ABC, abstractmethod

class CarFactory(object):
    """抽象工厂类：汽车工厂"""
    
    @abstractmethod
    def create(self):
        pass

这里定义了一个工厂类CarFactory并定义了一个方法create.

• Python实现宝马汽车工厂

from .CarBMW import CarBMW
from .CarFactory import CarFactory

class CarFactoryBMW():
    """宝马汽车工厂"""
    
    def create(self):
        return CarBMW()

• Python实现奔驰汽车工厂

from .CarBENZ import CarBENZ
from .CarFactory import CarFactory

class CarFactoryBENZ():
    """奔驰汽车工厂"""
    
    def create(self):
        return CarBENZ()

• main.py

from .CarFactoryBMW import CarFactoryBMW
from .CarFactoryBENZ import CarFactoryBENZ

if __name__ == "__main__":
    # 实例化宝马汽车工厂
    bmw_car_factory = CarFactoryBMW()
    # 生产宝马汽车，并测试
    bmw_car = bmw_car_factory.create()
    bmw_car.whistle() # 宝马汽车鸣笛
    bmw_car.drive() # 驾驶宝马汽车
    
    # 实例化奔驰汽车工厂
    benz_car_factory = CarFactoryBENZ()
    # 生产奔驰汽车，并测试
    benz_car = benz_car_factory.create()
    benz_car.whistle() # 奔驰汽车鸣笛
    benz_car.drive() # 驾驶奔驰汽车

这里模拟了创建一个工厂，并根据订单生产相应的汽车，最后对生产的汽车做测试。执行main.py程序将会得到如下输出。

宝马汽车鸣笛
驾驶宝马汽车
奔驰汽车鸣笛
驾驶奔驰汽车

到目前为止，我们使用Python并基于面向对象的理念实现了对场景的模拟。

你有没有注意到，上述代码是一种对工厂模式的解释呢？让我们在回顾一下工厂方法的定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，使得一个类的实例化延迟到其子类。

1. CarFactory类解释了定义一个用于创建对象的接口

2. CarFactoryBMW和CarFactoryBENZ类解释了让子类决定实例化哪一个类

看完这些解释是不是有一种”啊，原来是这样“的感觉，如果有这样的感觉，可以不忙看下面的内容，找个旁边的小伙伴，像他普及一下什么是工厂方法模式；如果没有这样的感觉，可能还需要在意会一下。

3、工厂方法模式的结构

依据上述的Python代码实现，可以总结出：工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素组成，其中：

• 抽象工厂：声明工厂创建产品的抽象方法，该方法将会返回一个产品类型的对象

• 具体工厂：主要是实现抽象工厂定义的创建产品的抽象方法，将会完成具体产品的创建

• 抽象产品：声明产品的通用属性和功能，定义产品规范

• 具体产品：具体实现了产品的属性和功能，具体产品由具体工厂来创建

工厂方法模式的UML类图如下图所示。

4、工厂方法模式的适用性

工厂方法模式可应用于以下情况：

• 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候

• 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候

• 当类创建对象的职责委托给多个帮助子类的某一个，并且你希望哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候

5、工厂方法模式的优缺点

优点：

• 用户只需要知道具体工厂的名称就可以得到产品，无需知道产品的具体创建过程

• 在系统增加新的产品时，只需要添加具体产品类和具体工厂类，无需对原工厂进行任何修改，满足开闭原则

缺点：

• 当系统增加新的产品时，就要添加具体的产品类和工厂类，增加了代码的复杂度

6、工厂方法模式的其他实现

假如提前了解到产品类型就只有固定的几个，可以使用一个具体的工厂就能完成任务时，可删除上述的抽象工厂类及其子类，仅使用一个工厂类就能完成，这时的工厂方法模式也称为简单工厂模式，这时的工厂类如下：

from .CarBMW import CarBMW
from .CarBENZ import CarBENZ

class CarFactory():
    """工厂类"""
    
    def create(car_type):
        if car_type == "BMW":
            return CarBMW()
        elif car_type == "BENZ":
            return CarBENZ()