【设计模式】工厂方法模式

工厂方法模式

简介

为了利用简单工厂模式且遵循开闭原则，工厂方法模式中不再使用工厂类统一创建所有的具体产品，而是针对不同的产品设计了不同的工厂，每一个工厂只生产特定的产品。

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，但是让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。

结构

实现

实现方式：

• 让所有产品都遵循同一接口。该接口必须声明对所有产品都有意义的方法。
• 在创建类中添加一个空的工厂方法。该方法的返回类型必须遵循通用的产品接口。
• 在创建者代码中找到对于产品构造函数的所有引用。将它们依次替换为对于工厂方法的调用，同时将创建产品的代码移入工厂方法。你可能需要在工厂方法中添加临时参数来控制返回的产品类型。
• 为工厂方法中的每种产品编写一个创建者子类，然后在子类中重写工厂方法，并将基本方法中的相关创建代码移动到工厂方法中。
• 如果应用中的产品类型太多，那么为每个产品创建子类并无太大必要，这时你也可以在子类中复用基类中的控制参数。
• 如果代码经过上述移动后，基础工厂方法中已经没有任何代码，你可以将其转变为抽象类。如果基础工厂中还有其他语句，你可以将其设置为该方法的默认行为。

#include <iostream>
#include <memory>

class Product {
public:
    virtual ~Product() {}    // virtual
    virtual std::string Operation() const = 0;
};

class ConceteProduct1: public Product {
public:
    std::string Operation() const override {
        return "{Result of the ConcreteProduct1}";
    }
};

class ConceteProduct2: public Product {
public:
    std::string Operation() const override {
        return "{Result of the ConcreteProduct2}";
    }
};

class Creator {
public:
    virtual ~Creator() {}   // virtual
    virtual Product* FactoryMethod() const = 0;
    std::string SomeOperation() const {
        Product* product = this->FactoryMethod();
        std::string result = "Creator: The same creator's code has just worked with " + product->Operation();
        delete product;
        return result;
    }

};

class ConcreteCreator1: public Creator {
public:
    Product* FactoryMethod() const override {
        return new ConceteProduct1();
    }
};

class ConcreteCreator2: public Creator {
public:
    Product* FactoryMethod() const override {
        return new ConceteProduct2();
    }
};

void ClientCode(const Creator& creator) {
    // ...
    std::cout << "Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.
" << creator.SomeOperation() << std::endl;
    // ...
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    std::cout << "App: Launched with the ConcreteCreator1.
";
    // Creator* creator = new ConcreteCreator1();
    std::shared_ptr<Creator> creator = std::make_shared<ConcreteCreator1>();
    ClientCode(*creator);
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "App: Launched with the ConcreteCreator2.
";
    // Creator* creator = new ConcreteCreator2();
    std::shared_ptr<Creator> creator2 = std::make_shared<ConcreteCreator2>();
    ClientCode(*creator2);
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

from __future__ import annotations
from abc import ABC, abstractmethod


class Creator(ABC):
    """
    """

    @abstractmethod
    def factory_method(self):
        """
        """
        pass

    def some_operation(self) -> str:
        """
        """
        product = self.factory_method()

        # Now, use the product.
        result = f"Creator: The same creator's code has just worked with {product.operation()}"

        return result


class ConcreteCreator1(Creator):
    """
    """

    def factory_method(self) -> ConcreteProduct1:
        return ConcreteProduct1()


class ConcreteCreator2(Creator):
    def factory_method(self) -> ConcreteProduct2:
        return ConcreteProduct2()


class Product(ABC):
    """
    """

    @abstractmethod
    def operation(self) -> str:
        pass


class ConcreteProduct1(Product):
    def operation(self) -> str:
        return "{Result of the ConcreteProduct1}"


class ConcreteProduct2(Product):
    def operation(self) -> str:
        return "{Result of the ConcreteProduct2}"


def client_code(creator: Creator) -> None:
    """
    """

    print(f"Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.
"
          f"{creator.some_operation()}", end="")


if __name__ == "__main__":
    print("App: Launched with the ConcreteCreator1.")
    client_code(ConcreteCreator1())
    print("
")

    print("App: Launched with the ConcreteCreator2.")
    client_code(ConcreteCreator2())

实例

问题描述

同学们想要进行户外运动，他们可以选择打篮球、踢足球或者玩排球。它们分别有篮球保管室、足球保管室和排球保管室管理，只需要去相应的保管室就能拿到相应的球。

问题解答

// Example.cpp

#include <iostream>


// 抽象产品类
class AbstractSportProduct {
public:
    virtual ~AbstractSportProduct() {}
    virtual void printName() const = 0;
    virtual void play() const = 0;
};

// 具体产品类
class Basketball: public AbstractSportProduct {
public:
    Basketball() {
        printName();
        play();
    }
    void printName() const {
        std::cout << "get Basketball" << std::endl;
    }
    void play() const {
        std::cout << "play Basketball" << std::endl;
    }
};

// 具体产品类
class Football: public AbstractSportProduct {
public:
    Football() {
        printName();
        play();
    }
    void printName() const {
        std::cout << "get Football" << std::endl;
    }
    void play() const {
        std::cout << "play Football" << std::endl;
    }
};

// 具体产品类
class Volleyball: public AbstractSportProduct {
public:
    Volleyball() {
        printName();
        play();
    }
    void printName() const {
        std::cout << "get Volleyball" << std::endl;
    }
    void play() const {
        std::cout << "play Volleyball" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂类
class AbstractFactory {
public:
    virtual ~AbstractFactory() {}
    virtual AbstractSportProduct *getSportProduct() const  = 0;
};

// 具体工厂类
class BasketballFactory : public AbstractFactory {
public:
    BasketballFactory() {
        // ...
    }
    AbstractSportProduct* getSportProduct() const {
        std::cout << "basketball" << std::endl;
        return new Basketball();
    }
};

// 具体工厂类
class FootballFactory : public AbstractFactory {
public:
    FootballFactory() {
        // ...
    }
    AbstractSportProduct* getSportProduct() const {
        std::cout << "football" << std::endl;
        return new Football();
    }
};

// 具体工厂类
class VolleyballFactory : public AbstractFactory {
public:
    VolleyballFactory() {
        // ...
    }
    AbstractSportProduct* getSportProduct() const {
        std::cout << "volleyball" << std::endl;
        return new Volleyball();
    }
};


int main(int argc, char* argv[]) {
    AbstractFactory* fac = nullptr;
    AbstractSportProduct* pro = nullptr;

    fac = new BasketballFactory();
    pro = fac->getSportProduct();
    std::cout << std::endl;

    fac = new FootballFactory();
    pro = fac->getSportProduct();
    std::cout << std::endl;

    fac = new VolleyballFactory();
    pro = fac->getSportProduct();
    std::cout << std::endl;

    delete fac;
    delete pro;

    return 0;
}

总结

优点

• 工厂方法模式更加符合开闭原则，它是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和类库的核心模式。
• 工厂方法模式更加符合单一职责原则，你可以将产品创建代码放在程序的单一位置，从而使代码更加容易维护。
• 工厂方法用于创建客户所需产品，同时向客户隐藏某个具体产品类将被实例化的细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂。
• 工厂自主决定创建何种产品，并且创建过程封装在具体工厂对象内部，多态性设计是工厂模式的关键。

缺点

• 添加新产品时需要同时添加新的产品工厂，系统中的类的数量成对增加，增加了系统复杂度和额外开销。

场景

• 当你在编写代码时，如果无法预知对象确切类别和其依赖关系时，可使用工厂方法模式。
• 如果你希望用户能扩展你软件库或者框架的内部组件，可使用工厂方法模式。
• 如果你希望复用现有对象来节省系统资源，而不是每次都重新创建对象，可使用工厂方法模式。

与其他模式的关系

• 在许多设计工作的初期都会使用工厂方法模式(较为简单，而且方便通过子类进行定制)，随后演变为使用抽象工厂模式、原型模式或建造者模式。
• 抽象工厂模式通常基于一组工厂方法，但你也可以使用原型模式来生成这些类的方法。
• 你可以同时使用工厂方法模式和迭代器模式来让子类集合返回不同类型的迭代器，并使得迭代器与集合相匹配。
• 工厂方法模式是模板方法模式的一直特殊形式，同时，工厂方法可以作为一个大型模板方法中的一个步骤。