设计模式-工厂方法模式

概念

工厂方法模式(Factory Method Pattern)又称工厂模式，也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式，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。
工厂方法，可以理解为一种将实例化逻辑委托给子类的方法，父基类提供共有实现，派生类完成个性化定制实现

使用时机

如果有这样的场景，存在部分共有的功能逻辑，但是在运行时又需要动态决定使用哪个子类的逻辑实现，也就是说
需要动态根据需求选择不同的子类实现，这个时候可以使用工厂方法。
建议在以下情况下选用工厂方法模式。

• 如果一个类需要创建某个接口的对象，但是又不知道具体的实现，这种情况可以选用工厂方法模式，把创建对象的工作延迟到子类中去实现。
• 如果一个类本身就希望由他的子类来创建所需的对象的时候，应该使用工厂方法模式。

与简单工厂的区别

初接触工厂方法模式，会感觉，“这不是跟简单工厂一样吗”

从本质上讲，他们确实是非常类似的，在具体实现上都是“选择实现”。但是也存在不同点，简单工厂是直接在工厂类里进行“选择实现”；而工厂方法会把这个工作延迟到子类来实现，工厂类里面使用工厂方法的地方是依赖于抽象而不是具体的实现，从而使得系统更加灵活，具有更好的可维护性和可扩展性。

从某个角度讲，可以认为简单工厂就是工厂方法模式的一种特例，因此他们的本质是类似的。

具体的举例，简单工厂实例中，客户就是要一个门，而不关心创建过程，最后实际创造的是一个木门，这个比较尴尬，如果客户要的是个铁门呢？所以在这个例子中，也是存在两维抽象的，一是“门”这个类型的抽象，二是“造门”这个方法的抽象。简单工厂只做到了前者，而没有给出后者的解决方案，如果看我们按照工厂方法的思路，将门工厂造门这件事进行细分，木门交给木门工厂，铁门交给铁门工厂，这就是工厂方法的实现，客户需要先制定委托对象，而不必关系具体怎么造门。

具体实现

C++实现

结构图

代码实现

#include <iostream>

 class IInterviewer
 {
     public:
         virtual void askQuestions() = 0;
 };

 class Developer : public IInterviewer
 {
     public:
         void askQuestions() override {
             std::cout << "Asking about design patterns!" << std::endl;
         }
 };

 class CommunityExecutive : public IInterviewer
 {
     public:
         void askQuestions() override {
             std::cout << "Asking about community building!" << std::endl;
         }
 };

 class HiringManager
 {
     public:
         void takeInterview() {
             IInterviewer* interviewer = this->makeInterviewer();
             interviewer->askQuestions();
         }

     protected:
         virtual IInterviewer* makeInterviewer() = 0;
 };

 template <typename Interviewer>
 class OtherManager : public HiringManager {
     protected:
         IInterviewer* makeInterviewer() override {
             return new Interviewer();
         }
 };

 int main()
 {
     HiringManager* devManager = new OtherManager<Developer>();
     devManager->takeInterview();

     HiringManager* marketingMnager = new OtherManager<CommunityExecutive>();
     marketingMnager->takeInterview();
     return 0;
 }

运行结果

g++ -o factory-method factory-method.cpp --std=c++11
./factory-method
Asking about design patterns!
Asking about community building!

总结

IInterviwer为基础类，定义为一个虚基类，具体派生出了Devoloper和CommunityExecutive两个实现子类；
HiringManager为工厂基类，定义为一个虚基类，OtherManager为具体实现的派生类，根据传入的template type，返回不同的创建对象。

Golang实现

结构图

代码实现

package factory_method


//Operator是被封装的接口
type Operator interface {
	SetA(int)
	SetB(int)
	Result() int
}

//工厂接口
type OperatorFactory interface {
	Create() Operator
}

//OperatorBase是Operator接口实现的基类，封装公有方法
type OperatorBase struct {
	a,b int
}

//SetA方法实现
func (op *OperatorBase) SetA(aValue int) {
	op.a = aValue
}

//SetB方法实现
func (op *OperatorBase) SetB(bValue int) {
	op.b = bValue
}

//下面是分别构造不同类型Operator以及对应生产的工厂类

//加法工厂类
type PlusOperatorFactory struct {

}

//加法工厂类实现工厂接口
func (pof PlusOperatorFactory) Create() Operator {
	return &PlusOperator{}
}

//加法类
type PlusOperator struct {
	OperatorBase
}

//加法类实现Operator接口的Result函数
func (pop *PlusOperator) Result() int {
	return pop.a + pop.b
}

//减法工厂类
type MinusOperatorFactory struct {

}

//减法工厂类实现工厂接口
func (mof MinusOperatorFactory) Create() Operator {
	return &MinusOperator{}
}

//减法类
type MinusOperator struct {
	OperatorBase
}

//减法类实现Operator接口的Result函数
func (mop *MinusOperator) Result() int {
	return mop.a - mop.b
}

测试用例

package factory_method

import "testing"

func TestPlusOperator_Result(t *testing.T) {
	 pof := PlusOperatorFactory{}
	 pop := pof.Create()
	 pop.SetA(1)
	 pop.SetB(2)
	 if pop.Result() != 3 {
	 	t.Fatal("test plus operator factory failed")
	 }
}

func TestMinusOperator_Result(t *testing.T) {
	mof := MinusOperatorFactory{}
	mop := mof.Create()
	mop.SetA(2)
	mop.SetB(1)
	if mop.Result() != 1 {
		t.Fatal("test minus operator factory failed")
	}
}

运行结果

go test -v factory-method.go factory-method_test.go
=== RUN   TestPlusOperator_Result
--- PASS: TestPlusOperator_Result (0.00s)
=== RUN   TestMinusOperator_Result
--- PASS: TestMinusOperator_Result (0.00s)
PASS
ok      command-line-arguments  0.734s

优化后更实用的版本

func LoadFactory(name string) OperatorFactory {
	switch name {
	case "plus":
		return PlusOperatorFactory{}
	case "minus":
		return MinusOperatorFactory{}
	default:
		return PlusOperatorFactory{}
	}
}

测试用例

......
pof := LoadFactory("plus")
......

工厂方法模式的思考

工厂方法模式的缺点

• 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还需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
• 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。