《C#设计模式》- 工厂方法模式

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时还弥补了简单工厂模式的缺陷。

工厂方法模式的概述

在简单工厂模式中，如果需要增减一种新产品，就要修改工厂类的代码，在一定程度上违背了开闭原则。
工厂方法模式通过引入抽象工厂类，使得它具有超越简单工厂模式的优越性，让系统更加符合开闭原则。
在工厂方法模式中，不在提供一个工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供了一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。

工厂方法的定义

定义一个用于创建对象的接口，但是让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到了其子类。
工厂模式简称为工厂模式，又可称为虚拟构造器模式或多态工厂模式。工厂方法模式是一种创建型模式。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绝体产品类。

工厂方法模式的结构与实现

工厂方法模式结构图

工厂方法模式提供一个抽象工厂接口来声明抽象工厂方法，而由其子类类具体实现工厂方法，创建具体的产品对象。

• Product（抽象产品）： 它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。
• ConcreteProduct(具体产品)： 它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，具体工厂和具体产品之间一一对立。
• Factory（抽象工厂）： 在抽象工厂类中，声明了工厂方法（Factory Method）， 用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
• ConcreteFactory（具体工厂）：它是抽象工厂类的子类，实现了在抽象工厂中声明的工厂方法，由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

工厂方法模式代码实现

与简单工厂模式相比，工厂方法模式最重要的特点是引入了抽象工厂角色，抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或者具体类：
Factory.cs

    public interface Factory
    {
        Product GetProduct();
    }

Product.cs

   public interface Product
    {
        public void WriteSelf();
    }

在抽象工厂中申明了工厂方法但并未实现工厂方法，具体产品对象的创建由其子类负责，客户端针对抽象工厂编程，可在运行时指定具体工厂类，具体工厂类实现了工厂方法，不同的具体工厂可以创建不同的具体产品。
ConcreteAFactory.cs

public class ConcreteAFactory : Factory
    {
        // 具体产品对象的创建由其子类负责
        public Product GetProduct()
        {
            return new ConcreteProtuctA();
        }
    }

ConcreteBFactory.cs

 public class ConcreteBFactory : Factory
    {
        public Product GetProduct()
        {
            return new ConcreteProductB();
        }
    }

ConcreteProtuctA.cs

    internal class ConcreteProtuctA : Product
    {
        public void WriteSelf()
        {
            Console.WriteLine("I'm ConcreteProtuctA");
        }
    }

ConcreteProductB.cs

public class ConcreteProductB : Product
    {
        public void WriteSelf()
        {
            Console.WriteLine("I'm ConcreteProductB");
        }
    }

在实际使用时，具体工厂类在实现工厂方法时除了创建具体具体产品对象之外，还可以负责产品对象的初始化工作以及一些资源和环境的配置工作，例如数据库的连接，创建文件等。
客户端调用方式：

 // 工厂方法模式
            Factory factoryA;
            factoryA = new ConcreteAFactory();
            Product productA;
            productA = factoryA.GetProduct();
            productA.WriteSelf();

            Factory factoryB;
            factoryB = new ConcreteBFactory();
            Product productB;
            productB = factoryB.GetProduct();
            productB.WriteSelf();

测试结果

通过引入配置文件并使用反射机制，可以实现在不修改客户端代码的基础上更换具体工厂类。
配置文件， 存储具体的工厂类类名(包含命名空间)：

  <appSettings>
    <add key="Factory" value="FactoryMethodPattern.ConcreteAFactory" />
  </appSettings>

客户端调用方式：

            // 工厂方法模式 + 反射 + 配置文件
            // Object obj = Assembly.Load("程序集名称").CreateInstance("命名空间.类名");
            Factory factory;
            Product product;

            // 读取配置文件
            string factoryString = ConfigurationManager.AppSettings["Factory"];
            // 反射生成对象
            factory = (Factory)Assembly.Load("FactoryMethodPattern").CreateInstance(factoryString);
            product = factory.GetProduct();
            product.WriteSelf();

测试结果

工厂方法的重载

在某些情况下，可以通过多种方式初始化同一个产品类。例如产品A是一个汽车配件工厂，让其生产一个汽车配件，需要你传入尺寸大小，根据不同的尺寸生产配件，默认为标准尺寸。那么抽象工厂如下：
Factory.cs

    public interface Factory
    {
        Product GetProduct();

        Product GetProduct(int size);
    }

具体工厂如下：

public class ConcreteAFactory : Factory
    {
        // 具体产品对象的创建由其子类负责
        public Product GetProduct()
        {
            return new ConcreteProtuctA();
        }

        public Product GetProduct(int size)
        {
            return new ConcreteProtuctA();
        }
    }

工厂方法的隐藏

有时为了进一步简化客户端的使用，还可以对客户端隐藏工厂方法，此时，在工厂类中直接调用产品类的业务方法，在客户端无须调用工厂方法创建产品对象，直接使用工厂对象即可调用所创建的产品对象中的业务方法。
将接口改为抽象工厂，Factory.cs:

    // public interface Factory
    public abstract class Factory
    {
        // Product GetProduct();

        // Product GetProduct(int size);

       public abstract Product GetProduct();

       public abstract Product GetProduct(int size);

        public void WriteSelf()
        {
            Product product = this.GetProduct();
            product.WriteSelf();
        }
    }

具体工厂， ConcreteAFactory.cs

public class ConcreteAFactory : Factory
    {
        // 具体产品对象的创建由其子类负责
        //public Product GetProduct()
        public override Product GetProduct()
        {
            return new ConcreteProtuctA();
        }

        // public Product GetProduct(int size)
        public override Product GetProduct(int size)
        {
            return new ConcreteProtuctA();
        }
    }

客户端调用：

// 工厂方法模式 + 反射 + 配置文件 + 隐藏工厂方法
            Factory factory; // 针对抽象工厂类编程
            // 读取配置文件
            string factoryString = ConfigurationManager.AppSettings["Factory"];
            // 反射生成对象
            factory = (Factory)Assembly.Load("FactoryMethodPattern").CreateInstance(factoryString);
            factory.WriteSelf();

测试结果

工厂方法模式的优缺点与适用环境

工厂方法模式的优点

• 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类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品的工厂即可，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品的类名。
• 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。它能够让工厂自主确定创建何种产品对象，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被称为多态工厂模式，就是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
• 在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，符合开闭原则。

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影响。
• 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。

工厂方法模式的使用环境

• 客户端不知道它所需要的对象的类， 只需知道所对应的工厂即可，具体产品对象由具体产品类创建。
• 抽象工厂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替换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使系统共容易扩展。

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