设计模式-创建型-工厂方法模式

什么是工厂方法模式？

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是 创建型设计模式之一，目的是通过定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。简而言之，工厂方法模式通过延迟对象的创建过程到子类来减少代码耦合，使得代码更加灵活且易于扩展。

工厂方法模式的核心思想

• 工厂方法模式通过将对象的创建过程交给子类来实现解耦，这使得代码更加灵活，能够应对需求变化时的扩展。
• 客户端不需要知道具体的类名，只需要通过工厂方法获取所需的对象。
• 它是“简单工厂模式”的扩展，解决了简单工厂模式中单一工厂类引起的复杂性问题。

主要组成部分

工厂方法模式的实现通常包括以下几个关键组件：

1. 产品（Product）：定义产品的接口，所有具体的产品类都实现该接口。
2. 具体产品（ConcreteProduct）：实现产品接口的具体类，代表某种具体的产品。
3. 工厂方法（Creator）：声明工厂方法，返回一个产品对象。通常它是一个抽象类或接口。
4. 具体工厂（ConcreteCreator）：实现工厂方法，返回具体的产品对象。

工厂方法模式的代码实现

为了帮助大家理解工厂方法模式，下面我们通过一个具体的例子来实现它。假设我们正在开发一个图形绘制应用，支持不同类型的图形（如圆形和方形）。我们将通过工厂方法来创建不同的图形对象。

1. 定义产品接口

首先，我们定义一个 Shape 接口，所有的具体图形类（如 Circle 和 Square）都需要实现这个接口。

from abc import ABC, abstractmethodclass Shape(ABC):@abstractmethoddef draw(self):pass

2. 创建具体产品类

接下来，我们创建两个具体的产品类，Circle 和 Square，它们分别实现 Shape 接口。

class Circle(Shape):def draw(self):print("Drawing a Circle!")class Square(Shape):def draw(self):print("Drawing a Square!")

3. 定义工厂方法接口

然后，我们定义一个 ShapeFactory 接口，声明一个 create_shape 方法，返回一个 Shape 对象。

class ShapeFactory(ABC):@abstractmethoddef create_shape(self) -> Shape:pass

4. 创建具体工厂类

接下来，我们创建两个具体工厂类，CircleFactory 和 SquareFactory，它们分别负责创建 Circle 和 Square 对象。

class CircleFactory(ShapeFactory):def create_shape(self) -> Shape:return Circle()class SquareFactory(ShapeFactory):def create_shape(self) -> Shape:return Square()

5. 客户端代码

在客户端代码中，我们通过工厂方法来创建图形对象，而不直接实例化具体类。

def draw_shape(factory: ShapeFactory):shape = factory.create_shape()shape.draw()# 客户端代码示例
circle_factory = CircleFactory()
draw_shape(circle_factory)square_factory = SquareFactory()
draw_shape(square_factory)

输出

Drawing a Circle! 
Drawing a Square! 

工厂方法模式的优势

1. 解耦对象创建和使用：客户端不需要关心具体类的实现细节，而是通过工厂方法获取所需对象，这减少了与具体类的依赖。
2. 扩展性强：新增产品类时，只需要添加新的具体工厂类，而不需要修改现有代码，符合开闭原则。
3. 灵活性高：工厂方法模式使得客户端代码对具体类的依赖最小，提升了代码的灵活性和可维护性。

工厂方法模式 vs 简单工厂模式

尽管工厂方法模式和简单工厂模式看起来类似，但它们在设计上有一些显著的差异：

• 简单工厂模式：一个工厂类负责创建所有类型的对象，客户端通过传递参数来决定创建哪个具体类的实例。缺点是随着产品种类增加，工厂类的代码会变得复杂，不易维护。

• 工厂方法模式：每个具体工厂类负责创建一种特定类型的对象。客户端不需要关心对象的创建过程，只需要使用工厂方法来获取所需的对象。相比简单工厂模式，工厂方法模式在产品增加时不会让工厂类变得臃肿，代码更加灵活和可扩展。

适用场景

工厂方法模式适合于以下场景：

• 产品类的创建过程复杂，且希望将创建过程封装起来，减少客户端与具体产品类的耦合。
• 不希望让客户端知道产品的具体类名，而是通过工厂方法获取。
• 希望在产品种类增加时，能够通过扩展工厂类来支持新的产品，而不是修改现有代码。

总结

工厂方法模式是一个非常强大的设计模式，它通过将对象的创建过程委托给子类工厂，减少了代码的耦合性，提高了系统的灵活性与可扩展性。它非常适合于产品种类不断增加且每种产品创建逻辑不同的场景。

理解并掌握工厂方法模式，可以帮助开发者在面对日益复杂的系统时，编写出更加灵活、可维护的代码。