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Python設計模式:工廠(chǎng)方法模式講解
工廠(chǎng)方法模式是簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的進(jìn)一步抽象和推廣，它不僅保持了簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式能夠向客戶(hù)隱藏類(lèi)的實(shí)例化過(guò)程這一優(yōu)點(diǎn)，而且還通過(guò)多態(tài)性克服了工廠(chǎng)類(lèi)過(guò)于復雜且不易于擴展的缺點(diǎn)。在工廠(chǎng)方法模式中，處于核心地位的工廠(chǎng)類(lèi)不再負責所有產(chǎn)品的創(chuàng )建，而是將具體的創(chuàng )建工作交由子類(lèi)去完成。工廠(chǎng)方法模式中的核心工廠(chǎng)類(lèi)經(jīng)過(guò)功能抽象之后，成為了一個(gè)抽象的工廠(chǎng)角色，僅負責給出具體工廠(chǎng)子類(lèi)必須實(shí)現的接口，而不涉及哪種產(chǎn)品類(lèi)應當被實(shí)例化這一細節。工廠(chǎng)方法模式的一般性結構如下圖所示，圖中為了簡(jiǎn)化只給出了一個(gè)產(chǎn)品類(lèi)和一個(gè)工廠(chǎng)類(lèi)，但在實(shí)際系統中通常需要設計多個(gè)產(chǎn)品類(lèi)和多個(gè)工廠(chǎng)類(lèi)。
工廠(chǎng)方法模式的實(shí)質(zhì)是將對象的創(chuàng )建延遲到其子類(lèi)實(shí)現，即由子類(lèi)根據當前情況動(dòng)態(tài)決定應該實(shí)例化哪一個(gè)產(chǎn)品類(lèi)。從上圖可以看出，工廠(chǎng)方法模式涉及到抽象工廠(chǎng)角色、具體工廠(chǎng)角色、抽象產(chǎn)品角色和具體產(chǎn)品角色四個(gè)參與者。
抽象工廠(chǎng)（Creator）角色是工廠(chǎng)方法模式的核心，它負責定義創(chuàng )建抽象產(chǎn)品對象的工廠(chǎng)方法。抽象工廠(chǎng)不能被外界直接調用，但任何在模式中用于創(chuàng )建產(chǎn)品對象的工廠(chǎng)類(lèi)都必須實(shí)現由它所定義的工廠(chǎng)方法。 具體工廠(chǎng)（Concrete Creator）角色是工廠(chǎng)方法模式的對外接口，它負責實(shí)現創(chuàng )建具體產(chǎn)品對象的內部邏輯。具體工廠(chǎng)與應用密切相關(guān)，可以被外界直接調用，創(chuàng )建所需要的產(chǎn)品。 抽象產(chǎn)品（Product）角色是工廠(chǎng)方法模式所創(chuàng )建的所有對象的父類(lèi)，它負責描述所有具體產(chǎn)品共有的公共接口。 具體產(chǎn)品（Concrete Product）角色是工廠(chǎng)方法模式的創(chuàng )建目標，所有創(chuàng )建的對象都是充當這一角色的某個(gè)具體類(lèi)的實(shí)例。
抽象工廠(chǎng)角色負責聲明工廠(chǎng)方法（factory method），用來(lái)"生產(chǎn)"抽象產(chǎn)品，以下是抽象工廠(chǎng)的示例性Python代碼：
creator.py
class Creator:
""" 抽象工廠(chǎng)角色 """
# 創(chuàng )建抽象產(chǎn)品的工廠(chǎng)方法 def factoryMethod(self): pass
具體工廠(chǎng)角色負責創(chuàng )建一個(gè)具體產(chǎn)品的實(shí)例，并將其返回給調用者。具體工廠(chǎng)是與具體產(chǎn)品相關(guān)的，實(shí)現時(shí)一般常用的做法是為每個(gè)具體產(chǎn)品定義一個(gè)具體工廠(chǎng)。以下是具體工廠(chǎng)的示例性Python代碼：
concretecreator.py
class ConcreteCreator(Creator):
""" 具體工廠(chǎng)角色 """
# 創(chuàng )建具體產(chǎn)品的工廠(chǎng)方法 def factoryMethod(self): product = ConcreteProduct() return product
抽象產(chǎn)品角色的主要目的是為所有的具體產(chǎn)品提供一個(gè)共同的接口，通常只需給出相應的聲明就可以了，而不用給出具體的實(shí)現。以下是抽象產(chǎn)品類(lèi)的示例性Python代碼：
product.py
class Product:
""" 抽象產(chǎn)品角色 """
# 所有產(chǎn)品類(lèi)的公共接口 def interface(self): pass
具體產(chǎn)品角色充當最終的創(chuàng )建目標，一般來(lái)講它是抽象產(chǎn)品類(lèi)的子類(lèi)，實(shí)現了抽象產(chǎn)品類(lèi)中定義的所有工廠(chǎng)方法，實(shí)際應用時(shí)通常會(huì )具有比較復雜的業(yè)務(wù)邏輯。以下是具體產(chǎn)品類(lèi)的示例性Python代碼：
concreteproduct.py
class ConcreteProduct(Product):
""" 具體產(chǎn)品角色 """
# 公共接口的實(shí)現 def interface(self): print "Concrete Product Method"
在應用工廠(chǎng)方法模式時(shí)，通常還需要再引入一個(gè)客戶(hù)端角色，由它負責創(chuàng )建具體的工廠(chǎng)對象，然后再調用工廠(chǎng)對象中的工廠(chǎng)方法來(lái)創(chuàng )建相應的產(chǎn)品對象。以下是客戶(hù)端的示例性Python代碼：
client.py
class Client:
""" 客戶(hù)端角色 """
def run(self): creator = ConcreteCreator() product = creator.factoryMethod() product.interface()# 主函數if (__name__ == "__main__"): client = Client() client.run()
在這個(gè)簡(jiǎn)單的示意性實(shí)現里，充當具體產(chǎn)品和具體工廠(chǎng)角色的類(lèi)都只有一個(gè)，但在真正的實(shí)際應用中，通常遇到的都是同時(shí)會(huì )有多個(gè)具體產(chǎn)品類(lèi)的情況，此時(shí)相應地需要提供多個(gè)具體工廠(chǎng)類(lèi)，每個(gè)具體工廠(chǎng)都負責生產(chǎn)對應的具體產(chǎn)品。
工廠(chǎng)方法模式的活動(dòng)序列如下圖所示，客戶(hù)端Client首先創(chuàng )建ConcreteCreator對象，然后調用ConcreteCreator對象的工廠(chǎng)方法factoryMethod()，由它負責"生產(chǎn)"出所需要的ConcreteProduct對象。
下面我們來(lái)看一個(gè)具體案例：
如果你開(kāi)一家Pizza店（PizzaStore抽象類(lèi)）賣(mài)各種風(fēng)味的Pizza（Pizza子類(lèi)），那么你需要根據客戶(hù)要求準備相應的Pizza（創(chuàng )建Pizza對象），然后烘烤、切片、包裝；
最簡(jiǎn)單的做法就是在PizzaStore中根據客戶(hù)要求（類(lèi)型判斷）創(chuàng )建相應的Pizza對象，然后調用Pizza自身（由Pizza抽象類(lèi)實(shí)現）的烘烤、切片和包裝方法；
但這樣的代碼缺乏彈性，因為你讓一個(gè)抽象類(lèi)去依賴(lài)具體的對象；我們可以創(chuàng )建一個(gè)工廠(chǎng)來(lái)生產(chǎn)Pizza，根據傳入的不同類(lèi)型值返回不同Pizza對象，即從PizzaStore中將創(chuàng )建對象的代碼挪到工廠(chǎng)中。但這只是一個(gè)編程技巧，并不算模式。
在工廠(chǎng)方法模式中，我們在PizzaStore中定義一個(gè)抽象接口（create_pizza）作為抽象的工廠(chǎng)，而order_pizza是它的客戶(hù)；將Pizza對象的創(chuàng )建放到PizzaStore子類(lèi)去解決。
現有Cheese和Clam兩款Pizza，以及NY和Chicago兩家分店，每家店的同款Pizza的口味不同——為迎合當地口味做了改進(jìn)，主要差別來(lái)自不同的原材料，因此我們實(shí)現四個(gè)Pizza類(lèi)型（NYStyleCheesePizza、NYStyleClamPizza、ChicagoStyleCheesePizza和ChicagoStyleClamPizza），每種使用不同的原材料組合，根據客戶(hù)所在城市和選擇款式我們創(chuàng )建不同的對象；根據工廠(chǎng)方法，我們將對象創(chuàng )建的代碼放到PizzaStore子類(lèi)去實(shí)現。
代碼：
#!/usr/bin/python class Pizza: name = "" dough = "" sauce = "" toppings = [] def prepare(self): print "Preparing %s" % self.name print " dough: %s" % self.dough print " sauce: %s" % self.sauce print " add toppings:" for n in self.toppings: print " %s" % n def bake(self): print "Bake for 25 minutes at 350." def cut(self): print "Cutting into diagonal slices." def box(self): print "Put into official box." def get_name(self): return self.name class PizzaStore: def order_pizza(self, pizza_type): self.pizza = self.create_pizza(pizza_type) self.pizza.prepare() self.pizza.bake() self.pizza.cut() self.pizza.box() return self.pizza def create_pizza(self, pizza_type): pass class NYStyleCheesePizza(Pizza): def __init__(self): self.name = "NY Style Cheese Pizza" self.dough = "NY Dough" self.sauce = "NY Sauce" self.toppings.append("NY toopping A") self.toppings.append("NY toopping B") class ChicagoStyleCheesePizza(Pizza): def __init__(self): self.name = "Chicago Style Cheese Pizza" self.dough = "Chicago Dough" self.sauce = "Chicago Sauce" sefl.toppings.append("Chicago toopping A") def cut(self): print "Cutting into square slices." class NYStyleClamPizza(Pizza): def __init__(self): self.name = "NY Style Clam Pizza" self.dough = "NY Dough" self.sauce = "NY Sauce" self.toppings.append("NY toopping A") self.toppings.append("NY toopping B") class ChicagoStyleClamPizza(Pizza): def __init__(self): self.name = "Chicago Style Clam Pizza" self.dough = "Chicago Dough" self.sauce = "Chicago Sauce" self.toppings.append("Chicago toopping A") def cut(self): print "Cutting into square slices." class NYPizzaStore(PizzaStore): def create_pizza(self, pizza_type): if pizza_type == "cheese": return NYStyleCheesePizza() elif pizza_type == "clam": return NYStyleClamPizza() else: return None class ChicagoPizzaStore(PizzaStore): def create_pizza(self, pizza_type): if pizza_type == "cheese": return ChicagoStyleCheesePizza() elif pizza_type == "clam": return ChicagoStyleClamPizza() else: return None if __name__ == "__main__": ny_store = NYPizzaStore() chicago_store = ChicagoPizzaStore() pizza = ny_store.order_pizza("cheese") print "Mike ordered a %s." % pizza.get_name() print pizza = chicago_store.order_pizza("clam") print "John ordered a %s." % pizza.get_name() print
輸出：
Preparing NY Style Cheese Pizza dough: NY Dough sauce: NY Sauce add toppings: NY toopping A NY toopping B Bake for 25 minutes at 350. Cutting into diagonal slices. Put into official box. Mike ordered a NY Style Cheese Pizza. Preparing Chicago Style Clam Pizza dough: Chicago Dough sauce: Chicago Sauce add toppings: NY toopping A NY toopping B Chicago toopping A Bake for 25 minutes at 350. Cutting into square slices. Put into official box. John ordered a Chicago Style Clam Pizza.
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