解读设计模式----简单工厂模式(SimpleFactory Pattern) -

stevenshi1989

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解读设计模式----简单工厂模式(SimpleFactory Pattern)

factory 设计模式 uml

一、模式概述
     从设计模式的类型上来说，简单工厂模式是属于创建型模式，又叫做静态工厂方法（Static Factory Method）模式，但不属于23种GOF设计模式之一。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂模式的一个特殊实现，学习了此模式可以为后面的很多中模式打下基础。那好，我们就来了解下什么是简单工厂模式？

     我们来分析一个现实生活中的案例，每天早晨起床洗唰后是干什么呢？吃早餐（这里只针对在外吃早餐的上班族）、坐车（我是穷人只有坐公交，当然很多有钱人都自己有车，这里不考虑这些）去公司上班、是这样的吗？OK，下面就来分析下吃早餐中的故事，大家先看看下面这个图：

     当我们在买早餐的时候，早餐店里都卖得写什么呢？这点你有注意吗？众多食品摆在那里，你只对营业员说你要何种食品，他便会知道给你拿什么样的食品给你，这说明什么呢？如果用面向对象的思想来理解的话，营业员在这里就充当了一个工厂的角色，他负责根据你的请求返回你需要的食品对象。而这一点正是简单工厂模式的意图。

二、模式意图
     简单工厂模式根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。

三、模式UML图
     下面是简单工厂模式的示意性UML图：

     如上图，简单工厂模式UML我画了两种，详细如下：
     ① 只有一个产品对象的简单工厂模式。
     ② 带有一个抽象产品对象的简单工厂模式。

四、模式参与者
      工厂（Factory）角色：接受客户端的请求，通过请求负责创建相应的产品对象。
      抽象产品（AbstractProduct）角色: 是工厂模式所创建对象的父类或是共同拥有的接口。可是抽象类或接口。
      具体产品（ConcreteProduct）对象：工厂模式所创建的对象都是这个角色的实例。

五、模式实现
     我们通过上面的分析，已经清晰的知道了工厂模式中的各种角色和职责，那工厂模式通过代码是怎么实现的呢？OK，下面将继续分析上面的吃早餐中的故事，做一个简单的示例实现。
     1、首先我们来看看只有一个产品对象的简单工厂模式的实现。其实这很好理解，就当店里只卖一种食品，这里以馒头为例。

写道

/// <summary>

 /// 馒头
 /// </summary>
 public class SteamedBread
 {
 /// <summary>
 /// 构造方法
 /// </summary>
 public SteamedBread()
 { }
 
 /// <summary>
 /// 销售价格
 /// </summary>
 private double price=0.5;
 public double Price
 {
 get { return price; }
 set { price = value; }
 }
 }

OK，产品对象建立好了，下面就是创建工厂(Factory)对象了。

 /// <summary>
 /// 工厂角色
/// </summary>
public class Factory
 {
     /// <summary>
    /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
   /// </summary>
     /// <returns></returns>
     public static SteamedBread CreateInstance()
     {
        return new SteamedBread();
    }
 }

     此时，客户端可以这样来调用：
 public class Client
 {
     public static void Main(string[] args)
     {
         //通过工厂创建一个产品的实例
         SteamedBread sb = Factory.CreateInstance();
         Console.WriteLine("馒头{0}元一个！", sb.Price);
     }
 }

     如上就完成了一个简单工厂模式的简单实现，一个产品和一个工厂，工厂负责创建这个产品。但是者种实现有一定的缺陷，为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建，如果有多个产品则需要定义多个静态方法分别返回不同的对象，用设计原则来说的话这样的实现不符合依赖倒置原则(DIP)。如果系统里只有一个单独的产品对象，那么采用这种实现是完全可以的。UML图如下：


     2、带抽象产品（AbstractProduct）角色的简单工厂模式实现
     从上面分析中得知，这种实现得为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建。虽然带有简单工厂的性质，但是又好象不能够完全体现出简单工厂模式的意图。简单工厂的意图是：根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。根据意图出发进行分析，要实现完全满足简单工厂模式意图的程序，也就得根据提供给工厂的数据，让工厂根据这个数据来进行判断，然后返回相应的对象。OK，看看是下面这样的吗？

     示意性代码如下：

1 /// <summary>
2 /// 食品接口----扮演抽象产品角色
3 /// </summary>
4 public interface IFood
5 {
6     /// <summary>
7     /// 每种食品都有销售价格,这里应该作为共性提升到父类或是接口来
8     /// 由于我们只需要得到价格,所以这里就只提供get属性访问器
9     /// </summary>
10     double price{get;}
11 }
12 ------------------------------------------------------------------------------------
13 /// <summary>
14 /// 馒头
15 /// </summary>
16 public class SteamedBread:IFood
17 {
18     /// <summary>
19     /// 构造方法
20     /// </summary>
21     public SteamedBread()
22     { }
23 
24     public double price
25     {
26         get
27         {
28             return  0.5;
29         }
30     }
31 }
32 ------------------------------------------------------------------------------------
33 /// <summary>
34 /// 包子
35 /// </summary>
36 public class SteamedStuffed:IFood
37 {
38     public SteamedStuffed()
39     { }
40 
41     /// <summary>
42     /// 销售价格
43     /// </summary>
44     public double price
45     {
46         get
47         {
48             return  0.6;  //0.6元一个
49         }
50     }
51 }
52 ------------------------------------------------------------------------------------
53 /// <summary>
54 /// 工厂角色
55 /// </summary>
56 public class Factory
57 {
58     /// <summary>
59     /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
60     /// </summary>
61     /// <returns></returns>
62     public static IFood CreateInstance(string key)
63     {
64         if (key == "馒头")
65         {
66             return new SteamedBread();
67         }
68         else
69         {
70             return new SteamedStuffed();
71         }
72     }
73 }
74 ------------------------------------------------------------------------------------
75 public class Client
76 {
77     public static void Main(string[] args)
78     {
79         //通过工厂创建一个产品的实例
80         IFood food = Factory.CreateInstance("馒头");
81         Console.WriteLine("馒头{0}元一个！", food.price);
82 
83         food = Factory.CreateInstance("包子");
84         Console.WriteLine("包子{0}元一个！", food.price);
85     }
86 }

     此时的设计就已经完全符合简单工厂模式的意图了。顾客(Client)对早餐店营业员(Factory)说，我要“馒头”，于是营业员便根据顾客所提供的数据（馒头）,去众多食品中找，找到了然后就拿给顾客。

     3、模式的演变实现
     有些情况下Simple Factory可以由抽象产品角色扮演，一个抽象产品类同时是子类的工厂。也就是说，抽象产品角色扮演两种角色和职责，出了基本的定义还还兼任工厂角色的职责，负责产品的创建工作。这里我们在上面的例子基础上适当修改一下OK了，新建立一个抽象类(Evolution):

1 /// <summary>
2 /// 兼任抽象产品角色和工厂角色两种角色
3 /// </summary>
4 public abstract class Evolution
5 {
6     /// <summary>
7     /// 共性字段
8     /// </summary>
9     private double price;
10     public double Price
11     {
12         get { return price; }
13         set { price = value; }
14     }
15 
16 
17     public static Evolution CreateInstance(string key)
18     {
19         if (key == "馒头")
20         {
21             return new SteamedBread();
22         }
23         else
24         {
25             return new SteamedStuffed();
26         }
27     }
28 }

那现在，具体的产品对象的设计也应该修改了，把原来实现于IFood接口改为继承此抽象类，如下

public class SteamedBread : Evolution

 2 {
 3     public SteamedBread()
 4     {
 5         this.Price = 0.5;  //在构造方法里初始话属性的值
 6     }
 7 }

9 public class SteamedStuffed : Evolution
10 {
11     public SteamedStuffed()
12     {
13         this.Price = 0.6;
14     }

通过上面的演化，此时客户端的调用如下：

1 public class Client
2 {
3     public static void Main(string[] args)
4     {
5         Evolution el = Evolution.CreateInstance("包子");
6         Console.WriteLine("包子{0}元一个！", el.Price);
7     }
8 }

UML草图如下：

     在实际的开发中，这种演化是很适用的，可以说是一种编程技巧吧。

     4、模式的其他演变
     如果系统中只有唯一的一个具体产品对象，那么可以省略抽象产品角色。这一种其实也就是本钱前面的第一种模式实现。
     如果抽象产品角色省略，那么工厂角色就可以与具体产品角色合并。也就是说一个产品类就是自身的工厂。这样把原有三个独立的角色：抽象产品角色、具体产品角色和工厂角色合并为一个，这个类自己负责创建自己的实例。

     注：以上演变可以从上面的程序代码中直接修改而来，这里我就不贴代码了。

六、模式优缺点
      工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅"消费"产品。简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割。
      当产品有复杂的多层等级结构时，工厂类只有自己，以不变应万变，就是模式的缺点。因为工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。
      系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，有可能造成工厂逻辑过于复杂,违背了"开放--封闭"原则(OCP).另外，简单工厂模式通常使用静态工厂方法，这使得无法由子类继承，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

七、相关模式
      工厂方法模式：每个产品由一个专门的工厂来负责创建。是一种只有唯一一个产品的实现，带有简单工厂的性质。
      抽象工厂模式：大致和工厂方法相同。
      单例模式：单例的实现和上面模式演变中的最后一种很相似，只要把构造器私有便OK。

八、参考资料
     Addison-Wesley,1995,p.185. 中文版：《设计模式：可复用的面向对象软件的基础》李英军等译.
     Alan Sharroway & James r.Trott.中文版：《设计模式精解
     张逸著《软件设计精要与模式》