一. 抽象工厂&工厂方法&简单工厂方法

Posted 2021-11-22 Tiigoo

目录

• 1. 抽象工厂模式
• • 1.1 问题
  • 1.2 UML图和代码
  • 1.3 优点和缺点
  • 1.4 反射+抽象工厂
• 2. 简单工厂模式
• • 2.1 问题
  • 2.2 业务的封装
  • 2.3 UML图和代码
• 3.工厂方法模式
• • 3.1 定义
  • 3.2 UML图和代码
  • 3.3 工厂方法和简单工厂的比较
  • 3.4 工厂方法和抽象工厂的比较

1. 抽象工厂模式

参考《大话设计模式》第十五章

1.1 问题

  用户可能用两种类型的数据库，这两种数据库有类似的方法，但如果一开始声明对象时，固定了它使用 SQL Server 数据库：SqlserverUser su=new SqlserverUser()，那么要是后面需要改成Access数据库，它调用的各种方法都需要改变，需要修改的代码量很大。比如添加用户操作：su.Insert(User)，两种类型的数据库都是执行这个操作，但具体实现的代码不同，这样需要全部改变。
​  此问题的特点：有多种模式可以用，但不同模式又有相似操作。虽然不同模式实现相似操作的具体代码不同，但对用户来说达到的效果是一样的。

1.2 UML图和代码

• 定义：抽象工厂模式——提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类

• UML图
  对上述问题的解决方法：
    对用户来说：他只看得到抽象接口IUser，不用知道具体实现类（SqlserverUser和AccessUser）。这意味着他知道有哪些操作（IUer告诉他的），但不用考虑是在Sqlserver还是Access的环境中使用操作。那么当要从Sqlserver数据库改到Access数据库时，只要改变传给工厂的指令，但用户端的操作代码都不用变（操作是固定的，IUser中定义了固定的操作）。
    对工厂来说：首先告诉工厂是在哪个环境，工厂根据指定的环境创造具体工厂（不同的具体工厂会创造不同的操作组合）。然后具体工厂将这些操作组合在一起，返回给用户。这样用户不用去挑选环境对应的各个操作，直接从工厂那里拿到一整套的操作。
  

• 代码

• IUser和IDocument

  interface IUser//定义了关于User的操作
  {
  	void Insert(User user);
  	User GetUser(int id);
  }
  
  interface IDepartment//定义了关于department的操作
  {
      void Insert(Department department);
  	Department GetDepartment(int id);
  }
  

• IUser和IDepartment的具体实现类：

    //SqlserverUser，用于访问 SQL Server 的 User
    class SqlserverUser implements Iuser
    {
        public void Insert(User user)
        {
            ...
        }
        public void GetUser(int id)
        {
            ...
        }
    }
    //AccessUser，用于访问Access 的 User
    class AccessUser implements Iuser
    {
        public void Insert(User user)
        {
            ...
        }
        public void GetUser(int id)
        {
            ...
        }
        
    }
    //SqlserverDepartment,用于访问 SQL Server 的 Department
    class SqIserverDepartment implements IDepartment
    {
        ...
    }
    //AccessDepartment,用于访问Access 的 Department
    class AccessrDepartment implements IDepartment
    {
        ...
    }
  

• IFactory接口

  interface IFactory
  {
  	IUser CreateUser();
  }
  

• IFactory的具体实现类

  //SqlServerFactory类
  
  class SqlServerFactory implements IFactory
  {
  	public IUser CreateUser()
  	{
  		return new SqlserverUser();
  	}
      public IDocument CreateDocument()
  	{
  		return new SqlserverDocument();
  	}
  }
  

  //AccessFactory类
  
  class AccessFactory implements IFactory
  {
  	public IUser CreateUser()
  	{
  		return new AccessUser();
  	}
      public IDocument CreateDocument()
  	{
  		return new AccessDcocument();
  	}
  }
  
  

• 客户端代码

static void Main(string[] args)
{
	IFactory factory=new SqlServerFactory();//选择创造具体产品组合的具体工厂
	IUser iu = factory.CreateUser();//通过具体子类创造产品
	IDocument idoc = factory.CreateDocument();
	
    User user=new User();
    Document document=new Document();
	iu.Insert(user);
	iu.GetUser(1);
	idoc.Insert(document);
	idoc.GetDocument(1);
}

• 结构图
  

1.3 优点和缺点

• 优点

  1. 易于交换产品系列。由于选择具体工厂类（如 IFactory factory=new AccessFactory() ）只需要在初始化的时候出现—次，这就使得改变—个应用的操作环境很容易。只用改变这一条指令，指定不同的具体工厂就可以改变操作环境。

  2. 让具体的创建实例过程与客户端分离。客户端只知道有抽象类 IUser 和IDepartment，抽象类告诉用户有哪些操作，而具体产品类的代码不会出现在客户端代码中。

• 缺点：

  1. 如果后期要增加产品——项目表Proiect（Project和User、Department同级）需要做以下改动：

     （1）增加抽象接口IProject，以及增加IProject的具体实现类 SqlserverProject、AccessProject

     （2）还需要更改抽象工厂接口IFactory，以及更改具体工厂SqlserverFactory和 AccessFactory
       这也比较繁琐，这个问题可以用简单工厂解决，将抽象工厂和具体工厂统一成一个工厂DateAccess（如下图），这样就只用增加（1），以及在DataAccess里增加一个方法：CreateProject()。简单工厂在后文详述。
     

  2. 如果客户端程序有很多，每个客户端都有IFactory factory=new SqlserverFactory，当要换成Access数据库时，每个客户端都需要改变：IFactory factory=new AccessFactory()。这并没有实现我们的需求：只改一处，而所有的客户端都能变。但是这个问题可以通过反射解决。

1.4 反射+抽象工厂

还没仔细了解反射，这部分请跳过，复习javase后补充。

常规抽象工厂的写法
：IUser result = new SqlserverUser();

反射的写法：using System.Reflection;先引用System.Reflection 的命名空间
IUser result=（IUser）Assembly.Load（“抽 象 工厂模式”）.CreateInstance（“抽 象 工.厂模式. SqlserverUser”);
当前"命名空间"名称要实例化的"类名"
当前"程序集"的名称

• 反射+配置文件

2. 简单工厂模式

参考：《大话设计模式》第一章

2.1 问题

  从固定的印刷到活字印刷体现了面向对象的好处：通过封装、继承、多态把程序的耦合性降低

  第一，要改印刷模板，只需更改对应的字，而不是重新印刷整个产品，此为可维护；

  第二，印刷用到的模板字并非用完这次就无用，完全可以在后来的印刷中重复使用，此乃可复用；

  第三，印刷模板若要加字，只需另刻字加入即可，这是可扩展；

  第四字的排列其实可能是睡排可能是横排，此时只需将活字移动就可，做到满足排列需求，此是灵活性好；

  此章面对的问题：计算器实现+-*/，这几个运算有相似和不同的部分，如果没有分离开，当我们要增加一个运算，或者给这几个类都增加一个功能，改动很大。所以采用封装实现低耦合，具体见下。

2.2 业务的封装

  封装：就是让业务逻辑与界面逻辑分开，让它们之间的耦合度下降。业务逻辑是工厂和运算类来完成（比如工厂可以选择实现哪个具体运算，运算类可以进行具体操作），界面逻辑是客户端代码完成。只有分离开，才可以达到容易维护或扩展。

  “+”、“-”、“*”、"/"算法也要分开，用一个抽象类（下面UML图中的“运算类”）来实现抽象步骤，而具体类（下面的加法类、乘法类…）来选择具体用哪个算法。

  到底要实例化谁，将来会不会增加实例化的对象，比如增加开根运算——这是很容易变化的地方，应该考虑用一个単独的类（简单工厂类）来做这个创造实例的过程，这就是工厂。

  这里工厂不是抽象的，它通过输入创造了类。

2.3 UML图和代码

• 简单工厂类代码

 public class SimpleFacory//简单工厂类
 {
 	public static Operation createOprate(String Operate)
 	{
 		Operation opr=null;
 		switch(opr)
 		{
 			case "+":
 				opr=new OperationAdd();
 				break;
 			case "-":
 				opr=new OperationSub();
 				break;
 			case "*":
 				opr=new OperationMul();
 				break;
 			case "/":
 				opr=new OperationDiv();
 				break;
 		}
 		return opr;
 	}
 }

• 客户端代码：

Operation opr;
//例如想进行加法运算
opr=SimpleFactory.createOperate("+");//利用了多态性
//下面的属性和方法是抽象类固定的，具体选择哪个子类是由上面SimpleFactory决定的。
opr.NumberA=1;
opr.NumberB=2;
double result=opr.GetResult();

3.工厂方法模式

参考《大话设计模式》第八章

3.1 定义

  工厂方法模式是定义一个用于创建对象的接口（IFactory），让子类（这里指的是工厂接口的子类，即具体工厂）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。

3.2 UML图和代码

  和 3.简单工厂模式 面对的问题一样，即对+ - * / 类的分离和封装。但这里，具体选择哪个类不是在工厂内决定，而是用户端决定。即switch case不是在工厂内部了，而是在客户端代码，这样更能体现封闭性，后面会具体分析。

• 抽象工厂代码：
   

  interface IFactory//抽象工厂是一个接口，需要子类实现接口，而不能直接调用方法
  {
  	Operation CreateOperation();//所有具体工厂都有这个方法。
  }
  

• 具体工厂的代码：

  class AddFactory implements IFactory
  {
  	public Operation CrateOperation()
  	{
  		return new OperationAdd();//OperationAdd是Operation的子类，利用了多态性
  	}
  }
  
  class SubFactory implements IFactory
  {
  	public Operation CrateOperation()
  	{
  		return new OperationAdd();//OperationSub是Operation的子类，利用了多态性
  	}
  }
  
  class MulFactory implements IFactory
  {
  	public Operation CrateOperation()
  	{
  		return new OperationAdd();//OperationMul是Operation的子类，利用了多态性
  	}
  }
  
  
  class DivFactory implements IFactory
  {
  	public Operation CrateOperation()
  	{
  		return new OperationAdd();//OperationDiv是Operation的子类，利用了多态性
  	}
  }
  

• 客户端代码：

  IFactory oprFactory=new AddFactory();//例如想要实现加法类，这里是在客户端选择具体工厂，也可以用case，根据一个变量来选择具体工厂
  Operation opr=oprFactory.CreateOperation();//这里得到的就是加法具体类了
  opr.NumberA=1;
  opr.NumberB=2;
  double result=opr.GetResult();
  

3.3 工厂方法和简单工厂的比较

• 工厂方法的好处

   对比二者的UML图，发现工厂方法多出来的是：四个具体工厂的分支去和具体运算类耦合，而简单工厂是一个工厂直接和四个具体运算类耦合。那么工厂方法的好处是什么呢？

   考虑我们要增加一个运算：求$M^N$，

   在简单工厂类中，我们需要改变简单工厂：如图，在它 createOprate()方法内部增加一个case "^"，这样才可以选择乘方运算。但这种对类的改变会破坏封闭原则，我们希望封装好的类不再做改变。

   在工厂方法中，我们只用再增加一个具体工厂：

class PowerFactory implements IFactory
{
	public Operation CrateOperation()
	{
		return new OperationPower();
	}
}

   如图：

   这样既扩展了抽象工厂，又没有改变抽象工厂内部代码。其实这本质上是把switch case交给了客户端代码，这样就会增加客户端代码的改动。

• 简单工厂的好处
     简单工厂好处是对于客户端更友好。如上所说，简单工厂的客户端只需要传递一个字符给工厂，而switch case（选择实例化哪个具体运算类）是工厂来做的。所以，对于客户端来说，去除了与具体产品的依赖，客户不用做逻辑判断。客户不用知道有哪些具体工厂，他只知道“+”这个字符。
     我们可以对比一下二者客户端的代码：

 //简单工厂：只用给简单工厂(SimpleFactory)一个字符“+”，就能得到想要的具体加法类。
Operation opr;
opr=SimpleFactory.createOperate("+");//给简单工厂一个字符“+”，返回了具体的加法类
opr.NumberA=1;//然后利用加法类得到结果
opr.NumberB=2;
double result=opr.GetResult();

//工厂方法：客户端需要选择具体工厂AddFactory，
//			如果想要选择不同的具体工厂，可以加上switch case。
//			所以这里是把逻辑判断（选择哪个工厂）交给了用户，
//			而简单工厂中是SimpleFactory来进行逻辑判断的
  IFactory oprFactory=new AddFactory();//客户端选择具体工厂
  Operation opr=oprFactory.CreateOperation();//再利用具体工厂得到想要的加法类
  opr.NumberA=1;//然后利用加法类得到结果
  opr.NumberB=2;
  double result=opr.GetResult()

• 二者共同的好处：
      二者都保持了封装对象创建过程的优点：易维护，易扩展，可复用，灵活性（相对于不用对象封装）
     只是工厂方法更加体现封闭原则，更易扩展

3.4 工厂方法和抽象工厂的比较

• 结构图对比

  抽象工厂：
  

  工厂方法：
  
    可见二者都有抽象工厂、具体工厂，抽象产品、具体产品，并且是具体工厂和具体产品耦合。
    但是工厂方法中只有一个抽象产品，每个具体工厂和一个抽象产品的具体产品耦合；
    抽象工厂有多个抽象产品，每个具体工厂和多个抽象产品的具体产品耦合，并且将不同具体产品进行组合。抽象工厂是工厂方法的扩展。