创建型模式之工厂方法模式

模式定义

  工厂方法模式(Factory Method Pattern)又称为工厂模式,也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式,它属于类创建型模式。在工厂方法模式中,工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口,而工厂子类则负责生成具体的产品对象,这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成,即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。

模式动机

  现在对该系统进行修改,不再设计一个按钮工厂类来统一负责所有产品的创建,而是将具体按钮的创建过程交给专门的工厂子类去完成,我们先定义一个抽象的按钮工厂类,再定义具体的工厂类来生成圆形按钮、矩形按钮、菱形按钮等,它们实现在抽象按钮工厂类中定义的方法。这种抽象化的结果使这种结构可以在不修改具体工厂类的情况下引进新的产品,如果出现新的按钮类型,只需要为这种新类型的按钮创建一个具体的工厂类就可以获得该新按钮的实例,这一特点无疑使得工厂方法模式具有超越简单工厂模式的优越性,更加符合 开闭原则

模式结构

工厂方法模式包含如下角色:

  • AbstractProduct:抽象产品
  • ConcreteProduct:具体产品
  • AbstractFactory:抽象工厂
  • ConcreteFactory:具体工厂
    image.png

代码分析

class AbstractFruit {
public:
	virtual void ShowName() = 0;
};

class Apple :public AbstractFruit {
public:
	virtual void ShowName() {
		cout << "I'am Apple" << endl;
	}
};

class Banana :public AbstractFruit {
public:
	virtual void ShowName() {
		cout << "I'am Banana" << endl;
	}
};

class Pear :public AbstractFruit {
public:
	virtual void ShowName() {
		cout << "I'am Pear" << endl;
	}
};

class AbstractFactory {  //抽象工厂
public:
	virtual AbstractFruit* CreateFruit() = 0;
};

class AppleFactory :public AbstractFactory {  //特定的工厂生产特定的水果
public:
	virtual AbstractFruit* CreateFruit() { return new Apple; }
};

class BananaFactory :public AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractFruit* CreateFruit() { return new Banana; }
};

class PearFactory :public AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractFruit* CreateFruit() { return new Pear; }
};

void test1() {
	AbstractFactory* factory = new AppleFactory;
	AbstractFruit* fruit = factory->CreateFruit();
	fruit->ShowName();
	delete factory;
	delete fruit;

	factory = new BananaFactory;
	fruit =  factory->CreateFruit();
	fruit->ShowName();
	delete factory;
	delete fruit;

	factory = new PearFactory;
	fruit = factory->CreateFruit();
	fruit->ShowName();
	delete factory;
	delete fruit;
	factory = nullptr;
	fruit = nullptr;
}

  当有新的水果需要加入工厂时,不需要如简单工厂那样,在原来工厂的代码中添加,至于需要在添加一个水果的类型,以及其对应的工厂的类型,满足开闭原则。

模式分析

  工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性,工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点,而且克服了它的缺点。在工厂方法模式中,核心的工厂类不再负责所有产品的创建,而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口,而不负责哪一个产品类被实例化这种细节,这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。

工厂方法模式的优点

  1. 在工厂方法模式中,工厂方法用来创建客户所需要的产品,同时还向客户隐藏了哪种具体产品将被实例化这一细节,用户只需要关心产品所对应的工厂,无需关心其创建细节,甚至无需知道产品具体的类名。

  2. 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂模式可以自主创建何种产品对象,而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式,是因为所有的具体工厂都有同一抽象父类。

  3. 使用工厂方法模式的另一个优点就是在系统中加入新产品时,无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口,无需修改客户端,也无需修改其他具体工厂和具体产品,而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样,系统的可扩展性也就变的非常好,完全符合 开闭原则

  4. 每个具体化的工厂只针对某一特定的对象进行创建,降低了工厂内部结构的复杂程度,满足单一职责原则

工厂方法模式最大的有点就是,满足了开闭原则,于单一职责原则

工厂方法模式的缺点

  1. 在添加新产品时,需要编写新的具体产品类,而且还要提供与之对应的具体工厂类,系统中类的个数将成对增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,有更多的类需要编译和运行,会给系统带来一些额外的开销。

  2. 由于考虑到系统的可扩展性,需要引入抽象层,在客户端代码中均使用抽象层进行定义,增加了系统的抽象性和理解难度,且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术,增加了系统的实现难度。

工厂方法模式最大缺点就是,系统中类的个数成倍增长,抽象性,复杂度理解难度增加

适用环境

在以下情况下可以使用工厂方法模式:

  1. 一个类不知道它所需要的对象的类:在工厂方法模式中,客户端不需要知道具体产品类的类名,只需要知道所对应的工厂即可,具体的产品对象由具体工厂类创建;客户端需要知道创建具体产品的工厂类。

  2. 一个类通过其子类来指定创建哪个对象:在工厂方法模式中,对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口,而由其子类来确定具体要创建的对象,利用面向对象的多态性和里氏代换原则,在程序运行时,子类对象将覆盖父类对象,从而使得系统更容易扩展。

  3. 将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个,客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类,需要时再动态指定,可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

总结

  1. 工厂方法模式又称为工厂模式,它属于类创建型模式。在工厂方法模式中,工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口,而工厂子类则负责生成具体的产品对象,这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成,即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。

  2. 工厂方法模式包含四个角色:抽象产品是定义产品的接口,是工厂方法模式所创建对象的超类型,即产品对象的共同父类或接口;具体产品实现了抽象产品接口,某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建,它们之间往往一一对应;抽象工厂中声明了工厂方法,用于返回一个产品,它是工厂方法模式的核心,任何在模式中创建对象的工厂类都必须实现该接口;具体工厂是抽象工厂类的子类,实现了抽象工厂中定义的工厂方法,并可由客户调用,返回一个具体产品类的实例。

  3. 工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性,工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点,而且克服了它的缺点。在工厂方法模式中,核心的工厂类不再负责所有产品的创建,而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口,而不负责产品类被实例化这种细节,这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。

  4. 工厂方法模式的主要优点是增加新的产品类时无须修改现有系统,并封装了产品对象的创建细节,系统具有良好的灵活性和可扩展性;其缺点在于增加新产品的同时需要增加新的工厂,导致系统类的个数成对增加,在一定程度上增加了系统的复杂性。

  5. 工厂方法模式适用情况包括:一个类不知道它所需要的对象的类;一个类通过其子类来指定创建哪个对象;将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个,客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类,需要时再动态指定。

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