DesignPattern（二） 创建型模式

创建型模式

       创建型模式就是用来创建对象的模式，抽象了实例化的过程。所有的创建型模式都有两个共同点。第一，它们都将系统使用哪些具体类的信息封装起来；第二，它们隐藏了这些类的实例是如何被创建和组织的。创建型模式包括单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式和原型模式。

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 单例模式

单例模式指的是确保某一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。解决的是实体对象个数的问题，而其他的建造者模式都是解决new所带来的耦合关系问题。其实现要点有：

类只有一个实例。问：如何保证呢？答：通过私有构造函数来保证类外部不能对类进行实例化

提供一个全局的访问点。问：如何实现呢？答：创建一个返回该类对象的静态方法

       具体的代码就不多说了，这个比较常用。

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 简单工厂模式

简单工厂类示例代码
/// <summary>
/// 简单工厂类, 负责 炒菜
/// </summary>
public class FoodSimpleFactory
{
    public static Food CreateFood(string type)
    {
        Food food = null;
        if (type.Equals("土豆肉丝"))
        {
            food= new ShreddedPorkWithPotatoes();
        }
        else if (type.Equals("西红柿炒蛋"))
        {
            food= new TomatoScrambledEggs();
        }
        return food;
    }
}
//调用
Food food1 = FoodSimpleFactory.CreateFood("西红柿炒蛋");
food1.Print();

　　简单工厂模式解决了客户端直接依赖于具体对象的问题，客户端可以消除直接创建对象的责任，而仅仅是消费产品。简单工厂模式实现了对责任的分割。简单工厂模式又叫静态方法模式（因为工厂类都定义了一个静态方法），由一个工厂类根据传入的参数决定创建出哪一种产品类的实例。

缺点：

系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，这样就会造成工厂逻辑过于复杂。

使用场景：

当工厂类负责创建的对象比较少时可以考虑使用简单工厂模式（），客户如果只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不关心时可以考虑使用简单工厂模式

使用举例：

.NET中System.Text.Encoding类就实现了简单工厂模式，该类中的GetEncoding(int codepage)就是工厂方法

工厂方法模式

       工厂方法模式指的是定义一个创建对象的工厂接口，由其子类决定要实例化的类，将实际创建工作推迟到子类中。它强调的是”单个对象“的变化。其实现要点有：

创建派生于工厂抽象类，即由具体工厂去创建具体产品，既然要创建产品，自然需要产品抽象类和具体产品类了。

       其具体的UML结构图如下所示：

 

在工厂方法模式中，工厂类与具体产品类具有平行的等级结构，它们之间是一一对应关系。

示例代码
/// <summary>
/// 抽象工厂类
/// </summary>
public abstract class Creator
{
    // 工厂方法
    public abstract Food CreateFoddFactory();
}
/// <summary>
/// 西红柿炒蛋工厂类
/// </summary>
public class TomatoScrambledEggsFactory:Creator
{
    /// <summary>
    /// 负责创建西红柿炒蛋这道菜
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public override Food CreateFoddFactory()
    {
        return new TomatoScrambledEggs();
    }
}
/// <summary>
/// 土豆肉丝工厂类
/// </summary>
public class ShreddedPorkWithPotatoesFactory:Creator
{
    /// <summary>
    /// 负责创建土豆肉丝这道菜
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public override Food CreateFoddFactory()
    {
        return new ShreddedPorkWithPotatoes();
    }
}
//调用代码
// 初始化做菜的两个工厂（）
Creator shreddedPorkWithPotatoesFactory = new ShreddedPorkWithPotatoesFactory();
Creator tomatoScrambledEggsFactory = new TomatoScrambledEggsFactory();

// 开始做西红柿炒蛋
Food tomatoScrambleEggs = tomatoScrambledEggsFactory.CreateFoddFactory();
tomatoScrambleEggs.Print();

//开始做土豆肉丝

Food shreddedPorkWithPotatoes = shreddedPorkWithPotatoesFactory.CreateFoddFactory();
shreddedPorkWithPotatoes.Print();

使用举例：

.NET 类库中也有很多实现了工厂方法的类，例如Asp.net中，处理程序对象是具体用来处理请求，当我们请求一个*.aspx的文件时，此时会映射到System.Web.UI.PageHandlerFactory类上进行处理，而对*.ashx的请求将映射到System.Web.UI.SimpleHandlerFactory类中（这两个类都是继承于IHttpHandlerFactory接口的）。

优点：

工厂方法模式通过面向对象编程中的多态性来将对象的创建延迟到具体工厂中，从而解决了简单工厂模式中存在的问题，也很好地符合了开放封闭原则（即对扩展开发，对修改封闭）。

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 抽象工厂模式

       上面的工厂方法模式是为了克服简单工厂模式的缺点而设计出来的,简单工厂模式的工厂类随着产品类的增加需要增加额外的代码），而工厂方法模式每个具体工厂类只完成单个实例的创建,所以它具有很好的可扩展性。但是在现实生活中，一个工厂只创建单个产品这样的例子很少，因为现在的工厂都多元化了，一个工厂创建一系列的产品，如果我们要设计这样的系统时，工厂方法模式显然在这里不适用，然后抽象工厂模式却可以很好地解决一系列产品创建的问题,

抽象工厂模式指的是提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，使得客户端可以在不必指定产品的具体类型的情况下，创建多个产品族中的产品对象，强调的是”系列对象“的变化。其实现要点有：提供一系列对象的接口。问：如何去实现呢？答：提供多个产品的抽象接口,创建多个产品族中的多个产品对象。问：如何做到呢？答：每个具体工厂创建一个产品族中的多个产品对象，多个具体工厂就可以创建多个产品族中的多个对象了。

具体的UML结构图如下所示：

 

下面就以生活中 “绝味” 连锁店的例子来实现一个抽象工厂模式。例如，绝味鸭脖想在江西南昌和上海开分店，但是由于当地人的口味不一样，在南昌的所有绝味的东西会做的辣一点，而上海不喜欢吃辣的，所以上海的所有绝味的东西都不会做的像南昌的那样辣，然而这点不同导致南昌绝味工厂和上海的绝味工厂生成所有绝味的产品都不同

/// <summary>
/// 抽象工厂类，提供创建两个不同地方的鸭架和鸭脖的接口
/// </summary>
public abstract class AbstractFactory
{
    // 抽象工厂提供创建一系列产品的接口，这里作为例子，只给出了绝味中鸭脖和鸭架的创建接口
    public abstract YaBo CreateYaBo();
    public abstract YaJia CreateYaJia();
}

/// <summary>
/// 南昌绝味工厂负责制作南昌的鸭脖和鸭架
/// </summary>
public class NanChangFactory : AbstractFactory
{
    // 制作南昌鸭脖
    public override YaBo CreateYaBo()
    {
        return new NanChangYaBo();
    }
    // 制作南昌鸭架
    public override YaJia CreateYaJia()
    {
        return new NanChangYaJia();
    }
}

/// <summary>
/// 上海绝味工厂负责制作上海的鸭脖和鸭架
/// </summary>
public class ShangHaiFactory : AbstractFactory
{
    // 制作上海鸭脖
    public override YaBo CreateYaBo()
    {
        return new ShangHaiYaBo();
    }
    // 制作上海鸭架
    public override YaJia CreateYaJia()
    {
        return new ShangHaiYaJia();
    }
}

/// <summary>
/// 鸭脖抽象类，供每个地方的鸭脖类继承
/// </summary>
public abstract class YaBo
{
    /// <summary>
    /// 打印方法，用于输出信息
    /// </summary>
    public abstract void Print();
}

/// <summary>
/// 鸭架抽象类，供每个地方的鸭架类继承
/// </summary>
public abstract class YaJia
{
    /// <summary>
    /// 打印方法，用于输出信息
    /// </summary>
    public abstract void Print();
}

//调用代码
AbstractFactory nanChangFactory = new NanChangFactory();
YaBo nanChangYabo = nanChangFactory.CreateYaBo();
nanChangYabo.Print();
YaJia nanChangYajia= nanChangFactory.CreateYaJia();
nanChangYajia.Print();

// 上海工厂制作上海的鸭脖和鸭架
AbstractFactory shangHaiFactory = new ShangHaiFactory();
shangHaiFactory.CreateYaBo().Print();
shangHaiFactory.CreateYaJia().Print();

抽象工厂优缺点

抽象工厂模式将具体产品的创建延迟到具体工厂的子类中，这样将对象的创建封装起来，可以减少客户端与具体产品类之间的依赖，从而使系统耦合度低，这样更有利于后期的维护和扩展，这是抽象工厂模式的优点所在，然后抽象模式同时也存在不足的地方。下面就具体看下抽象工厂的缺点（缺点其实在前面的介绍中以已经涉及了）：

抽象工厂模式很难支持新种类产品的变化。这是因为抽象工厂接口中已经确定了可以被创建的产品集合，如果需要添加新产品，此时就必须去修改抽象工厂的接口，这样就涉及到抽象工厂类的以及所有子类的改变，这样也就违背了“开发——封闭”原则。

使用情景

A一个系统不要求依赖产品类实例如何被创建、组合和表达的表达，这点也是所有工厂模式应用的前提。

B这个系统有多个系列产品，而系统中只消费其中某一系列产品

C系统要求提供一个产品类的库，所有产品以同样的接口出现，客户端不需要依赖具体实现。

使用举例：

抽象工厂模式在实际中的应用也是相当频繁的，然而在我们.NET类库中也存在应用抽象工厂模式的类，这个类就是System.Data.Common.DbProviderFactory，这个类位于System.Data.dll程序集中,该类扮演抽象工厂模式中抽象工厂的角色

public sealed class SqlClientFactory : DbProviderFactory, IServiceProvider

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 建造者模式

　　在软件系统中，有时需要创建一个复杂对象，并且这个复杂对象由其各部分子对象通过一定的步骤组合而成。例如一个采购系统中，如果需要采购员去采购一批电脑时，在这个实际需求中，电脑就是一个复杂的对象，它是由CPU、主板、硬盘、显卡、机箱等组装而成的，如果此时让采购员一台一台电脑去组装的话真是要累死采购员了。这里就可以采用建造者模式来解决这个问题，我们可以把电脑的各个组件的组装过程封装到一个建造者类对象里，建造者只要负责返还给客户端全部组件都建造完毕的产品对象就可以了。然而现实生活中也是如此的，如果公司要采购一批电脑，此时采购员不可能自己去买各个组件并把它们组织起来，此时采购员只需要像电脑城的老板说自己要采购什么样的电脑就可以了，电脑城老板自然会把组装好的电脑送到公司。下面就以这个例子来展开建造者模式的介绍。　

建造者模式指的是将一个产品的内部表示与产品的构造过程分割开来，从而可以使一个建造过程生成具体不同的内部表示的产品对象。强调的是产品的构造过程。其实现要点有：将产品的内部表示与产品的构造过程分割开来。问：如何把它们分割开呢？答：不要把产品的构造过程放在产品类中，而是由建造者类来负责构造过程，产品的内部表示放在产品类中，这样不就分割开了嘛。

具体的UML结构图如下所示：

 

示例代码

/// <summary>
/// 以组装电脑为例子
/// 每台电脑的组成过程都是一致的，但是使用同样的构建过程可以创建不同的表示(即可以组装成不一样的电脑，配置不一样)
/// 组装电脑的这个场景就可以应用建造者模式来设计
/// </summary>
namespace 设计模式之建造者模式
{
    /// <summary>
    /// 客户类
    /// </summary>
    class Customer
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 客户找到电脑城老板说要买电脑，这里要装两台电脑
            // 创建指挥者和构造者
            Director director = new Director();
            Builder b1 = new ConcreteBuilder1();
            Builder b2 = new ConcreteBuilder2();

            // 老板叫员工去组装第一台电脑
            director.Construct(b1);

            // 组装完，组装人员搬来组装好的电脑
            Computer computer1 = b1.GetComputer();
            computer1.Show();

            // 老板叫员工去组装第二台电脑
            director.Construct(b2);
            Computer computer2 = b2.GetComputer();
            computer2.Show();

            Console.Read();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 小王和小李难道会自愿地去组装嘛，谁不想休息的，这必须有一个人叫他们去组装才会去的
    /// 这个人当然就是老板了，也就是建造者模式中的指挥者
    /// 指挥创建过程类
    /// </summary>
    public class Director
    {
        // 组装电脑
        public void Construct(Builder builder)
        {
            builder.BuildPartCPU();
            builder.BuildPartMainBoard();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 电脑类
    /// </summary>
    public class Computer
    {
        // 电脑组件集合
        private IList<string> parts = new List<string>();

        // 把单个组件添加到电脑组件集合中
        public void Add(string part)
        {
            parts.Add(part);
        }

        public void Show()
        {
            Console.WriteLine("电脑开始在组装.......");
            foreach (string part in parts)
            {
                Console.WriteLine("组件"+part+"已装好");
            }

            Console.WriteLine("电脑组装好了");
        }
    }

    /// <summary>
    /// 抽象建造者，这个场景下为 "组装人" ，这里也可以定义为接口
    /// </summary>
    public abstract class Builder
    {
        // 装CPU
        public abstract void BuildPartCPU();
        // 装主板
        public abstract void BuildPartMainBoard();
        
        // 当然还有装硬盘，电源等组件，这里省略

        // 获得组装好的电脑
        public abstract Computer GetComputer();
    }

    /// <summary>
    /// 具体创建者，具体的某个人为具体创建者，例如：装机小王啊
    /// </summary>
    public class ConcreteBuilder1 : Builder
    {
        Computer computer = new Computer();
        public override void BuildPartCPU()
        {
            computer.Add("CPU1");
        }

        public override void BuildPartMainBoard()
        {
            computer.Add("Main board1");
        }

        public override Computer GetComputer()
        {
            return computer;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 具体创建者，具体的某个人为具体创建者，例如：装机小李啊
    /// 又装另一台电脑了
    /// </summary>
    public class ConcreteBuilder2 : Builder
    {
        Computer computer = new Computer();
        public override void BuildPartCPU()
        {
            computer.Add("CPU2");
        }

        public override void BuildPartMainBoard()
        {
            computer.Add("Main board2");
        }

        public override Computer GetComputer()
        {
            return computer;
        }
    }
}

总结

在建造者模式中，指挥者是直接与客户端打交道的，指挥者将客户端创建产品的请求划分为对各个部件的建造请求，再将这些请求委派到具体建造者角色，具体建造者角色是完成具体产品的构建工作的，却不为客户所知道。

建造者模式主要用于“分步骤来构建一个复杂的对象”，其中“分步骤”是一个固定的组合过程，而复杂对象的各个部分是经常变化的（也就是说电脑的内部组件是经常变化的，这里指的的变化如硬盘的大小变了，CPU由单核变双核等）。

产品不需要抽象类，由于建造模式的创建出来的最终产品可能差异很大，所以不大可能提炼出一个抽象产品类。

在前面文章中介绍的抽象工厂模式解决了“系列产品”的需求变化，而建造者模式解决的是 “产品部分” 的需要变化。

由于建造者隐藏了具体产品的组装过程，所以要改变一个产品的内部表示，只需要再实现一个具体的建造者就可以了，从而能很好地应对产品组成组件的需求变化。

使用举例：

在.NET 类库中，System.Text.StringBuilder(存在mscorlib.dll程序集中)就是一个建造者模式的实现。不过它的实现属于建造者模式的演化，此时的建造者模式没有指挥者角色和抽象建造者角色，StringBuilder类即扮演着具体建造者的角色，也同时扮演了指挥者和抽象建造者的角色

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 原型工厂模式

       原型模式指的是通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象类型，然后用复制的方法来创建出更多的同类型对象。其实现要点有：给出一个原型对象。问：如何办到呢？答：很简单嘛，直接给出一个原型类就好了。通过复制的方法来创建同类型对象。问：又是如何实现呢？答：.NET可以直接调用MemberwiseClone方法来实现浅拷贝

具体的UML结构图如下所示：

　　原型模式用一个原型对象来指明所要创建的对象类型，然后用复制这个原型对象的方法来创建出更多的同类型对象，它与工厂方法模式的实现非常相似，其中原型模式中的Clone方法就类似工厂方法模式中的工厂方法，只是工厂方法模式的工厂方法是通过new运算符重新创建一个新的对象（相当于原型模式的深拷贝实现），而原型模式是通过调用MemberwiseClone方法来对原来对象进行拷贝，也就是复制

示例代码

///火影忍者中鸣人的影分身和孙悟空的的变都是原型模式
class Client
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 孙悟空 原型
        MonkeyKingPrototype prototypeMonkeyKing = new ConcretePrototype("MonkeyKing");
        // 变一个
        MonkeyKingPrototype cloneMonkeyKing = prototypeMonkeyKing.Clone() as retePrototype;
        Console.WriteLine("Cloned1:	"+cloneMonkeyKing.Id);
        // 变两个
        MonkeyKingPrototype cloneMonkeyKing2 = prototypeMonkeyKing.Clone() as retePrototype;
        Console.WriteLine("Cloned2:	" + cloneMonkeyKing2.Id);
        Console.ReadLine();
    }
}

/// <summary>
/// 孙悟空原型
/// </summary>
public  abstract class MonkeyKingPrototype
{
    public string Id { get; set; }
    public MonkeyKingPrototype(string id)
    {
        this.Id = id;
    }

    // 克隆方法，即孙大圣说“变”
    public abstract MonkeyKingPrototype Clone();
}
 
/// <summary>
/// 创建具体原型
/// </summary>
public class ConcretePrototype : MonkeyKingPrototype
{
    public ConcretePrototype(string id)
        : base(id)
    { }

    /// <summary>
    /// 浅拷贝
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public override MonkeyKingPrototype Clone()
    {
        // 调用MemberwiseClone方法实现的是浅拷贝，另外还有深拷贝
        return (MonkeyKingPrototype)this.MemberwiseClone();
//MemberwiseClone是object类型自有的一个方法
    }
}

 

原型模式的优缺点

原型模式的优点有：

A原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性

B原型模式允许动态增加或较少产品类。

C原型模式简化了实例的创建结构，工厂方法模式需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构，而原型模式不需要这样。

D产品类不需要事先确定产品的等级结构，因为原型模式适用于任何的等级结构

原型模式的缺点有：

A每个类必须配备一个克隆方法

B配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。

使用举例：

在.NET中可以很容易地通过实现ICloneable接口（这个接口就是原型，提供克隆方法，相当于与上面代码中MonkeyKingPrototype抽象类）中Clone()方法来实现原型模式，如果我们想我们自定义的类具有克隆的功能，首先定义类继承与ICloneable接口并实现Clone方法。在.NET中实现了原型模式的类如下图所示（图中只截取了部分，可以用Reflector反编译工具进行查看）：