Head First 设计模式之工厂模式（Factory Pattern）

前言：

除了使用new操作符之外，还有更多制造对象的方法。你将了解到实例化这个活动不应该总是公开的进行，也会意识到初始化会造成“耦合”的问题。工厂模式将会从复杂的依赖中帮你脱困。

1.   简单的工厂

当看到“new”，就会想到“具体”，的确也是在实例化一个具体的类，而不是接口。代码绑着具体的类导致代码更脆弱，更缺乏弹性。当有一群相关的具体类时，通常会有如下代码：

Duck duck；
If(picnic)
 duck=new MallardDuck();
else if(hunting)
 duck=new DecoyDuck();
else if(inBathTub)
 duck=new RubberDuck();

这样的代码一旦有变化或者扩展，就必须重新修改此段代码进行检查和修改，这样的修改容易导致系统的维护和更新更难，也更容易犯错。

针对接口编程，可以隔离掉以后系统可能发生的一大堆改变，因为针对接口而写，可以通过多态，与任何新类实现该接口。当代码使用具体类时，一旦加入新的一些具体类就必须改变代码。这就违背了“对修改关闭”的原则。为了解决这样的问题，我们可以通过“找出变化，隔离并封装变化“的方式来解决。

现实场景：

披萨店生产披萨，当需要生产更多类型的披萨的时候，压力来自于如何增加更多的披萨类型。

public class Pizza
    {
        Pizza OrderPizza(stringpizzaType)
        {
            Pizza pizza;
            if (pizzaType.Equals("cheese"))
                pizza = newCheesePizza();
            else if(pizzaType.Equals("greek"))
                pizza = newGreekPizza();
            else if(pizzaType.Equals("pepperoni"))
                pizza = newPepperoniPizza();
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
            return pizza;
        }
    }

如同开始是讲的那样，要新增新的pizza，就需要修改这段代码，修改如下：

public class Pizza
    {
        Pizza OrderPizza(stringpizzaType)
        {
            Pizza pizza;
            if(pizzaType.Equals("cheese"))
                pizza = newCheesePizza();
            else if(pizzaType.Equals("greek"))
                pizza = newGreekPizza();
            else if(pizzaType.Equals("pepperoni"))
                pizza = newPepperoniPizza();
            else if(pizzaType.Equals("clam"))  //新增的pizza类型
                pizza = newCalmPizza();
            else if(pizzaType.Equals("veggie"))//新增的pizza类型
                pizza = newVeggiePizza();
 
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
            return pizza;
        }
    }

根据我们上边提到的“将变化抽离并封装“的原则，我们可以将创建pizza实例这一块给抽离出来，因为这块后边可能会新增一些别的pizza类型，由一个对象来专职创建pizza对象。我们称这个新对象为”工厂“。代码如下：

public class SimplePizzaFactory
    {
        public PizzaCreatePizza(string pizzaType)
        {
            Pizza pizza = null;
            if(pizzaType.Equals("cheese"))
                pizza = newCheesePizza();
            else if (pizzaType.Equals("pepperoni"))
                pizza = newPepperoniPizza();
            else if(pizzaType.Equals("clam"))
                pizza = newCalmPizza();
            else if(pizzaType.Equals("veggie"))
                pizza = newVeggiePizza();
            return pizza;
        }
    }

这样做的好处在于，把创建pizza对象的方法包装成一个类，当以后实现改变时，只需要修改这个类即可。与此同时我们还可以把生成其他类的方法也放在这个简单的工厂中。

这样我们生成pizza类的代码就变成如下的样子：

public class Pizza
    {
        Pizza OrderPizza(stringpizzaType)
        {
            Pizza pizza;
            SimplePizzaFactorysimplePizzaFactory = new SimplePizzaFactory();//生成pizza
            pizza =simplePizzaFactory.CreatePizza(pizzaType);
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
            return pizza;
        }
    }

经过这样一系列的修改，我们的Pizza的类图就变成如下的样子：

虽然我们一直在说简单的工厂，但事实上简单工厂并不是一个设计模式，更像是一种编程习惯。这里讲简单的工厂，主要是为了引出下面的两个重量级的模式，它们都是工厂。

2.   工厂方法

在1中，我们通过简单的工厂解决了生产不同披萨的问题，但是，如果有新的加盟店加盟进来，如何解决不同加盟店的区域差异、质量问题呢？或许，我们可以像1中那样利用简单的工厂，对应不同地区的加盟店创建不同的工厂。

这样做导致的另一个问题就是，不同的加盟店披萨的制作流程、方法可能不同，如何才能把加盟店和创建披萨捆绑在一起的同时又保持一定的弹性？

我们可以把CreatePizza（）方法放回到PizzaStore中，但是要把它设置为抽象方法，然后为每一个区域加盟店创建一个PizzaStore的子类。

如下所示：

public abstract class PizzaStore
    {
        public PizzaOrderPizza(string pizzaType)
        {
            Pizza pizza =CreatePizza(pizzaType);
            pizza.Prepare();
            pizza.Bake();
            pizza.Cut();
            pizza.Box();
            return pizza;
        }
 
        public abstract PizzaCreatePizza(string pizzaType);//把工厂对象移到该方法中，该方法为抽象方法
   }

现在我们有了PizzaStore超类，让各个不同地域的加盟店继承此超类即可。具体的类图如下：

2.1  声明一个工厂方法

原本是由一个对象复制所有具体类的实例化，现在通过对PizzaStore做一些转变，变成由一群子类负责实例化。

工厂方法用来处理对象的创建，并将这样的行为封装在子类中。这样客户程序中关于超类的代码就和子类对象创建代码解耦。

2.2 具体代码实现

2.2.1 定义抽象的PizzaStore类，并抽象出工厂方法

public abstract class PizzaStore
    {
       public Pizza OrderPizza(stringtype)
       {
           Pizza pizza = CreatePizza(type);
           pizza.Prepare();
           pizza.Bake();
           pizza.Cut();
           pizza.Box();
 
           return pizza;
       }
      public abstract Pizza CreatePizza(stringtype);//抽象出创建Pizza的工厂方法，由子类实现该方法并创建具体的Pizza
    }

2.2.2 实现具体的PizzaStore类，让子类做决定

public class MYPizzaStore:PizzaStore
    {
        public  override Pizza CreatePizza(string type)
        {
            Pizza pizza=null;
            switch(type)
            {
                case "cheese":
                    pizza = new NYStyleCheesePizza();
                    break;
                case "veggie":
                    pizza=new NYStyleVeggiePizza();
                    break;
                case "clam":
                    pizza=new NYStyleClamPizza();
                    break;
                case "pepperoni":
                    pizza=new NYStylePepperoniPizza();
                    break;
            }
            return pizza;
        }
    }

2.2.3抽象Pizza类，并实现具体的Pizza类

2.2.3.1 抽象Pizza类

public abstract  class Pizza
    {
       public string name;
       public string dough;
       public string sauce;
       public ArrayList toppings = newArrayList();
       public void Prepare()
       {
            System.Console.WriteLine("Preparing" + name);
            System.Console.WriteLine("Tossingdough...");
            System.Console.WriteLine("Addingsauce..");
            System.Console.WriteLine("Addingtoppings: ");
            for(int i = 0; i < toppings.Count; i++)
            {
                System.Console.WriteLine(" "+ toppings[i]);
            }
        }
 
        public void Bake()
        {
            System.Console.WriteLine("Bakefor 25 minutes at 350");
        }
 
        public void Cut()
        {
            System.Console.WriteLine("Cuttingthe pizza into diagonal slices");
        }
 
        public void Box()
        {
            System.Console.WriteLine("Placepizza in official PizzaStore box");
        }
 
        public string GetName()
        {
            return name;
        }
}

2.2.3.2 具体的Pizza类

public class NYStyleCheesePizza : Pizza
    {
        public NYStyleCheesePizza()
        {
            name = "NY StyleSauc and Cheese Pizza";
            dough=＂Thin Crust Dough＂；
            sauce=＂Marinara Sauce＂；
            toppings.Add("GratedReggiano Cheese");
        }
    }

2.2  总结

所有工厂模式都用来封装对象创建，工厂方法模式通过让子类决定该创建的对象是什么，来达到将对象创建的过程封装的目的。

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个，工厂方法让类把实例化推迟到子类。

创建者（Creator）类

产品类

简单工厂和工厂方法之间的差异？

简单工厂是在一个地方把所有的事都处理完了，然而工厂方法却是创建一个框架，让子类决定要如何实现。简单工厂的做法，可以将对象的创建封装起来，但是简单工厂不具备工厂方法的弹性，因为简单工厂不能变更正在创建的产品。

3.   依赖倒置原则

要依赖抽象，不要依赖具体类

不能让高层组件依赖底层组件，而且不管高层、底层组件，两者都应该依赖于抽象。

如何避免违反依赖倒置原则：

l  变量不可以持有具体类的引用。

如果使用new，则会持有具体类的引用，可以用工程来避开这样的做法

l  不要让类派生自具体类。

如果派生自具体类，你就会依赖具体类（请派生自一个抽象类或接口）

l  不要覆盖基类中已实现的方法。

如果覆盖基类已实现的方法，那么你的基类就不是一个真正适合被继承的抽象。基类中已实现的方法，应该由所有的子类共享。

4.   抽象工厂

4.1 创建工厂接口

回到上文的Pizza店，现在有新的需求，想要确保每家加盟店使用高质量的材料，打算创建一家生产原料的加工厂，并将原料送到各个加盟店。这个工厂负责创建原料家族中的每一种原料，工厂需要生产面团、酱料、芝士等。先为工厂定义一个接口，该接口负责所有原料：

public interface PizzaIngredientFactory
    {
        Dough CreateDough();
 
       Sauce CreateSauce();
 
        Cheese CreateCheese();
 
        Veggies[] CreateVeggies();
 
        Pepperoni CreatePepperoni();
 
        Clams CreateClam();
}

3.2创建原料工厂

public class NYPizzaIngredientFactory : PizzaIngredientFactory//具体原料工厂必须实现这个接口
    {
        public Dough CreateDough()
        {
            return new ThinCrustDough();
        }
 
        public Sauce CreateSauce()
        {
            return new MarinaraSauce();
        }
 
        public Cheese CreateCheese()
        {
            return new ReggianoCheese();
        }
 
        public Veggies[] CreateVeggies()
        {
            Veggies[] veggies = new Veggies[]{ new Garlic(), new Onion(), new Mushroom(), new RedPepper() };
            return veggies;
        }
 
        public Pepperoni CreatePepperoni()
        {
            return new SlicedPepperoni();
        }
 
        public Clams CreateClam()
        {
            return new FreshClams();
        }
}

4.3 重新抽象Pizza类

public abstract  class Pizza
    {
       public string name;
       public Dough dough;
       public Sauce sauce;
       public Veggies[] veggies;
       public Cheese cheese;
       public Pepperoni pepperoni;
       public Clams clam;
       public ArrayList toppings = newArrayList();
 
       public abstract void Prepare();//把Prepare（）方法声明成抽象，在这个方法中，我们需要收集Pizza所需的原材料，而这些原材料来自原料工厂。
        public void Bake()
        {
            System.Console.WriteLine("Bakefor 25 minutes at 350");
        }
 
        public void Cut()
        {
            System.Console.WriteLine("Cuttingthe pizza into diagonal slices");
        }
 
        public void Box()
        {
            System.Console.WriteLine("Placepizza in official PizzaStore box");
        }
 
        public string GetName()
        {
            return name;
        }
    }

4.4 重新实现Pizza

public class NYStyleCheesePizza : Pizza
    {
        PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
        public NYStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactoryingredientFactory)//制作Pizza需要工厂提供原材料，

所以每个pizza类都需要从构造器中得到一个工厂，并将工厂存储在变量中
        {
            this.ingredientFactory =ingredientFactory;
            name = "NY StyleSauc and Cheese Pizza";
            toppings.Add("GratedReggiano Cheese");
        }
 
        public override void Prepare()
        {
            System.Console.WriteLine("Preparing" + name);
            dough = ingredientFactory.CreateDough();
            sauce = ingredientFactory.CreateSauce();
            cheese = ingredientFactory.CreateCheese();
        }
 
    }

4.5 重新生产pizza

public class MYPizzaStore:PizzaStore
    {
        public  override Pizza CreatePizza(string type)
        {
            Pizza pizza=null;
            PizzaIngredientFactory ingredientFactory= new NYPizzaIngredientFactory();
            switch(type)
            {
                case "cheese":
                    pizza = new NYStyleCheesePizza(ingredientFactory);
                    break;
                case "veggie":
                    pizza=new NYStyleVeggiePizza(ingredientFactory);
                    break;
                case "clam":
                    pizza=new NYStyleClamPizza(ingredientFactory);
                    break;
                case "pepperoni":
                    pizza=new NYStylePepperoniPizza(ingredientFactory);
                    break;
            }
            return pizza;
        }
    }

通过这一系列的操作，我们引入了新类型的工厂，也就是所谓的“抽象工厂”，来创建pizza原来家族。通过抽象工厂所提供的接口创建产品家族，利用这个接口书写代码，我们的代码将从实际工厂解耦，以便在不同上下文中实现各式各样的工厂，制造出各种不同的产品。

4.6 定义抽象工厂模式

抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象家族，而且不需要致命具体类。

抽象工厂模式允许客户使用抽象的接口来创建一组相关的产品，而不需要知道实际产出的具体产品是什么，客户就从具体的产品中被解耦。

4.7 抽象工厂与工厂方法的对比

抽象工厂和工厂方法都是负责创建对象。

抽象工厂是通过对象的组合

定义了一个创建对象的接口，但由于子类决定要实例化的类是哪一个，工厂方法让类把实例化推迟到子类。

所以利用工厂方法创建对象时，需要扩展一个类，并覆盖它的工厂方法。

整个工厂方法模式，只不过就是通过子类来创建对象，这种做法，客户只需要知道他们所使用的抽象类型就可以了，而由子类负责决定具体类型。将客户从具体类型中解耦。

工厂方法是继承。

抽象工厂方法是将一群相关的产品集合起来，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。