設(shè)計(jì)模式之簡單工廠模式淺析

1. 介紹

工廠方法模式是一種創(chuàng)建型模式，是簡單工廠模式的一個(gè)升級(jí)版本，主要解決簡單工廠模式不符合開閉原則的問題。本文會(huì)先說一下簡單工廠模式，以及存在的問題，然后再引出工廠模式。

工廠設(shè)計(jì)模式是一種創(chuàng)建對(duì)象的設(shè)計(jì)模式，它的主要目的是通過定義一個(gè)接口來創(chuàng)建對(duì)象，使得子類決定實(shí)例化哪個(gè)類。這篇文章，我們將分析工廠模式是什么，它包含什么類型以及如何工作。

從整體上看，工廠模式可以分為三種主要類型：簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式。

1.1 簡單工廠模式

簡單工廠模式定義一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的類(工廠類)來負(fù)責(zé)創(chuàng)建其他對(duì)象(產(chǎn)品對(duì)象)的實(shí)例，這個(gè)類(工廠類)中的創(chuàng)建功能根據(jù)參數(shù)不同，創(chuàng)建不同的對(duì)象(產(chǎn)品對(duì)象)實(shí)例。這就存在一個(gè)問題，每增加一個(gè)產(chǎn)品類，就要修改工廠的創(chuàng)建邏輯，增加一個(gè)相應(yīng)的產(chǎn)品對(duì)象創(chuàng)建，這違反了程序設(shè)計(jì)的開閉原則。

概述

簡單工廠模式并不是一個(gè)正式的設(shè)計(jì)模式，而是一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的簡單方法。在簡單工廠模式中，通常會(huì)有一個(gè)工廠類，它根據(jù)參數(shù)的不同返回不同類型的對(duì)象。這個(gè)模式的優(yōu)點(diǎn)是簡單明了，但缺點(diǎn)是違背了開閉原則。

角色

工廠類：負(fù)責(zé)創(chuàng)建產(chǎn)品的實(shí)例，提供一個(gè)靜態(tài)方法供外部調(diào)用。

產(chǎn)品類：所有產(chǎn)品類都需實(shí)現(xiàn)相同的接口，用于定義產(chǎn)品的公共行為。

客戶端：通過工廠類來獲取產(chǎn)品實(shí)例，并使用這些實(shí)例。

設(shè)計(jì)模式之簡單工廠模式(C#語言描述)

嚴(yán)格意義上來說，簡單工廠模式并不屬于GoF的23種設(shè)計(jì)模式，但是它是學(xué)習(xí)其他工廠模式的基礎(chǔ)和前提條件。理解了簡單工廠模式，學(xué)習(xí)工廠方法模式和抽象工廠模式會(huì)比較容易一些。

簡單工廠模式的定義

定義一個(gè)工廠類，他可以根據(jù)不同的參數(shù)返回不同類的實(shí)例。通常情況下，被創(chuàng)建的類的實(shí)例通常都具有共同的父類。

簡單工廠模式又可以稱之為靜態(tài)工廠方法模式，因?yàn)閯?chuàng)建對(duì)象實(shí)例的方法通常都是靜態(tài)方法。

在簡單工廠模式中，只需要記住一點(diǎn)。一個(gè)簡單的參數(shù)可以即可獲得所需的對(duì)象實(shí)例。

簡單工廠模式的UML圖如下：

簡單工廠模式包含三個(gè)角色：

1、工廠角色(Factory)：該類是簡單工廠的核心，我們所需要的對(duì)象實(shí)例就是這個(gè)類幫我們創(chuàng)建的，它里面有一個(gè)靜態(tài)方法GetProduct(string productType)，我們通過傳入產(chǎn)品類型(productType)來得到我們想要的產(chǎn)品。

2、抽象產(chǎn)品角色(AbstractProduct)：該類是所有產(chǎn)品的父類。它可以是接口或者抽象類。只有這樣我們才能給工廠的GetProduct(string productType)方法定義返回值。

3、實(shí)體產(chǎn)品(ConcreteProductA，ConcreteProductB，ConcreteProductC):這些類是簡單工廠最終要?jiǎng)?chuàng)建的目標(biāo)，也是客戶端最終想要的對(duì)象實(shí)例。

現(xiàn)在來假設(shè)一種場(chǎng)景，我們開發(fā)過程中，肯定會(huì)用到按鈕，圓形按鈕、正方形按鈕、矩形按鈕等等，在程序的很多地方我們都可能會(huì)復(fù)用這些按鈕。我們可以通過一個(gè)簡單工廠來幫助我們創(chuàng)建這些按鈕。

簡單工廠模式的類圖

SimpleFactory是個(gè)工廠類，負(fù)責(zé)創(chuàng)建對(duì)象(具體的工廠)。Product是要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品的抽象類，負(fù)責(zé)定義統(tǒng)一的接口。ProductA和ProductB是具體的產(chǎn)品類型，是Product的實(shí)現(xiàn)。我們看一下簡單工廠模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

簡單工廠模式優(yōu)點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)簡單、結(jié)構(gòu)清晰。抽象出一個(gè)專門的工廠類來負(fù)責(zé)某類工廠對(duì)象的創(chuàng)建。使用者可以不關(guān)注具體工廠對(duì)象的類名，只要傳入相應(yīng)的參數(shù)就能創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的工廠對(duì)象。簡單工廠模式的缺點(diǎn)：

不易擴(kuò)展，一旦新增產(chǎn)品類型，就得修改工廠的創(chuàng)建邏輯，不符合開閉原則。當(dāng)產(chǎn)品類型較多的時(shí)候，工廠創(chuàng)建邏輯會(huì)過于復(fù)雜，不利于維護(hù)。簡單工廠模式的應(yīng)用場(chǎng)景：

產(chǎn)品具有明顯的繼承關(guān)系，并且產(chǎn)品的類型不多或有限。所有的產(chǎn)品具體有相同的方法和類似的屬性，使用者不關(guān)心具體的類型，只希望傳入合適的參數(shù)，然后返回合適的工廠對(duì)象。1.2 工廠方法模式

為了解決簡單工廠存在的，新增產(chǎn)品類型，就修改工廠的創(chuàng)建邏輯的問題。提出了工廠方法模式。工廠方法模式定義了一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象(產(chǎn)品對(duì)象)的接口，讓子類(工廠類)來決定創(chuàng)建哪個(gè)類(產(chǎn)品類)的實(shí)例。它是一個(gè)類(工廠類)的實(shí)例化，延遲到其子類。

Product是要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品的抽象類，ProductA和ProductB是具體的產(chǎn)品類型。Factory是所有工廠的抽象類，負(fù)責(zé)定義統(tǒng)一的接口。ProductAFactory和ProductBFactory是具體的工廠類，分別負(fù)責(zé)產(chǎn)品ProductA和ProductB的創(chuàng)建。工廠方法類利用依賴倒置原則，高層模塊不依賴于底層的模塊，它們應(yīng)該依賴于抽象，面向接口編程，從而解決了簡單工廠模式違反軟件設(shè)計(jì)的開閉原則的問題。工廠方法模式也有一些優(yōu)缺點(diǎn)，接下來我們看一下。

工廠方法模式的優(yōu)點(diǎn)：

解決了簡單工廠模式違反開閉原則的問題，使程序擴(kuò)展性增強(qiáng)。工廠方法模式的缺點(diǎn)：

對(duì)于由多種分類(存在不同的分類方式組合)的產(chǎn)品，或者具有二級(jí)分類的產(chǎn)品，工廠方法模式不適用。工廠方法模式的應(yīng)用場(chǎng)景：

客戶端不知道它所需要的對(duì)象的類。工廠類希望通過其子類來決定創(chuàng)建哪個(gè)具體類的對(duì)象。2， 舉例

一般主程序只關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯(抽象類接口)，不關(guān)心具體的業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)(抽象類接口的具體實(shí)現(xiàn))。這些業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)就可以放在創(chuàng)建對(duì)象的邏輯(工廠創(chuàng)建邏輯)中，主程序只要設(shè)置指定的參數(shù)，就能通過創(chuàng)建對(duì)象的邏輯獲取相應(yīng)對(duì)象(工廠對(duì)象)。

接下來會(huì)分別舉例說明簡單工廠模式、工廠方法模式的C語言實(shí)現(xiàn)。

2.1 簡單工廠模式舉例

#include

#include

enum {

PRODUCTA = 1,

PRODUCTB,

PRODUCTC,

};

// define product interface

typedef struct Product {

void (*show)(struct Product*);

} Product;

// define specific productA class

typedef struct ProductA {

Product product;

} ProductA;

// define productA show function

void ProductA_show(Product* product) {

printf("This is ProductA\n");

}

// define specific productB class

typedef struct ProductB {

Product product;

} ProductB;

// define productB show function

void ProductB_show(Product* product) {

printf("This is ProductB\n");

}

// define factory class

typedef struct Factory {

Product* (*create_product)(int);

} Factory;

// define factory create product logic

Product* factory_create_product(int type) {

Product* product = NULL;

switch (type) {

case 1:

product = (Product*)malloc(sizeof(ProductA));

product->show = ProductA_show;

break;

case 2:

product = (Product*)malloc(sizeof(ProductB));

product->show = ProductB_show;

break;

default:

printf("Invalid product type\n");

break;

}

return product;

}

int main() {

// implement factory instance

Factory simple_factory = { factory_create_product };

// use factory instance to create specific productA

Product* productA = simple_factory.create_product(PRODUCTA);

productA->show(productA);

free(productA);

// use factory instance to create specific productB

Product* productB = simple_factory.create_product(PRODUCTB);

productB->show(productB);

free(productB);

// use factory instance to create specific productC

Product* productC = simple_factory.create_product(PRODUCTC);

if (productC != NULL) {

free(productC);

}

return 0;

}

在這個(gè)例子中，定義了一個(gè)產(chǎn)品接口(Product)和兩個(gè)具體產(chǎn)品類(ProductA 和 ProductB)，這兩個(gè)具體的產(chǎn)品類都實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品接口。此外，還定義了一個(gè)工廠類(Factory)，它有一個(gè) create_product 方法，通過該方法可以根據(jù)傳入的參數(shù)創(chuàng)建不同類型的產(chǎn)品對(duì)象。

在 main 函數(shù)中，使用工廠類實(shí)例化了一個(gè)工廠對(duì)象，然后用這個(gè)工廠對(duì)象創(chuàng)建了具體產(chǎn)品對(duì)象ProductA 和ProductB，并調(diào)用它們的 show 方法打印出相應(yīng)的信息。當(dāng)傳入一個(gè)無效的參數(shù)時(shí)，工廠類會(huì)打印出錯(cuò)誤信息。

2.2 工廠方法模式舉例

#include

#include

// define product interface

typedef struct Product {

void (*show)(struct Product*);

} Product;

// define specific productA class

typedef struct ProductA {

Product product;

} ProductA;

// define productA show function

void ProductA_show(Product* product) {

printf("This is ProductA\n");

}

// define specific productB class

typedef struct ProductB {

Product product;

} ProductB;

// define productB show function

void ProductB_show(Product* product) {

printf("This is ProductB\n");

}

// define factory interface

typedef struct Factory {

Product* (*create_product)(struct Factory*);

} Factory;

// define specific factoryA class

typedef struct FactoryA {

Factory factory;

} FactoryA;

// inplement factoryA create_product function

Product* factoryA_create_product(Factory* factory) {

Product* product = (Product*)malloc(sizeof(Product));

product->show = ProductA_show;

return product;

}

// define specific factoryB class

typedef struct FactoryB {

Factory factory;

} FactoryB;

// inplement factoryB create_product function

Product* factoryB_create_product(Factory* factory) {

Product* product = (Product*)malloc(sizeof(Product));

product->show = ProductB_show;

return product;

}

int main() {

// create specific factoryA instance

FactoryA FactoryA;

FactoryA.factory.create_product = factoryA_create_product;

// create specific factoryB instance

FactoryB FactoryB;

FactoryB.factory.create_product = factoryB_create_product;

// use specific factory instance create specific product

Product* productA = FactoryA.factory.create_product(&FactoryA.factory);

productA->show(productA);

free(productA);

// use specific factory instance create specific product

Product* productB = FactoryB.factory.create_product(&FactoryB.factory);

productB->show(productB);

free(productB);

return 0;

}

在這個(gè)例子中，定義了一個(gè)產(chǎn)品接口(Product)和兩個(gè)具體產(chǎn)品類(ProductA 和 ProductB)，這兩個(gè)具體的產(chǎn)品類都實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品接口。另外，還定義了一個(gè)工廠接口(Factory)和兩個(gè)具體工廠類(FactoryA 和 FactoryB)，它們都實(shí)現(xiàn)了工廠接口。每個(gè)具體工廠類都有一個(gè)創(chuàng)建產(chǎn)品的方法，通過該方法可以創(chuàng)建相應(yīng)的產(chǎn)品對(duì)象。

在 main 函數(shù)中，首先創(chuàng)建了具體工廠對(duì)象FactoryA 和 FactoryB，然后通過它們的create_product方法分別創(chuàng)建了具體產(chǎn)品對(duì)象ProductA 和ProductB。最后，使用 free 函數(shù)釋放了創(chuàng)建的產(chǎn)品對(duì)象。