工厂（方法）模式概述

• 问题思考？

使用简单工厂模式设计的按钮工厂类可以返回一个具体类型的按钮实例，例如矩形按钮，圆形按钮，菱形按钮等，如果要在系统中新增一个类型的按钮，例如椭圆形按钮，就需要增加一个具体的产品类，同时还需修改工厂类代码，这就使得整个设计在一定程度上违背了开闭原则。

• 修改方案！

不再提供一个按钮工厂类来统一负责所有产品的创建，而是将具体产品的创建过程交给专门的工厂子类去完成。

这种抽象化的结果是使这种结构可以在不修改具体工厂类的情况下引进新的产品，如果出现新的按钮类型，只需为这种新类型的按钮定义一个具体的工厂类就可以创建该新按钮的实例，这种改进的设计方案即为工厂方法模式。

工厂方法模式通过引入抽象的工厂类，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 。

1.1 工厂（方法）模式的定义

工厂（方法）模式：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其子类（派生类）。

Factory Method Pattern：Define an interface for createing an object，but let subclasses decide which class to instantiate. Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.

工厂（方法）模式的结构与实现

2.1 工厂（方法）模式的结构

工厂模式提供了一个抽象的工厂接口来声明抽象工厂方法，而由其子类具体实现的工厂方法，创建具体的产品对象。

interface Factory
{
    Product FactoryMethod();
}

在抽象工厂中声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。

其典型代码如下：

class ConcreteFactory : Factory
{
    public Produet FacoryMethd()
    {
       return new ConcreteProduet(); 
    }
}

2.2 工厂（方法）模式的实现

与简单工厂模式相比，工厂方法模式最重要的特点就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的类。

由上图可知，工厂方法模式包含以下 4 个角色：

• (1) 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。
• (2) 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应。
• (3) 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。
• (4) 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。

2.3 工厂方法模式的扩展

2.3.1 配置文件与反射

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
    <appSettings>
        <add key="factory" value="FactoryMethodPattern.FileLoggerFactory"/>
    </appSettings>
</configuration>

在该文件中，FactoryMethodSarmple 为工厂类所在命名空间的名称，FileLoggerFactory 为具体工厂类类名。在 .NET 中，配置文件一般以 .config 作为扩展名，例如 App.config、Web.config 等。

下面对 .NET 反射机制简单介绍：

反射(Reflection)是 .NET 的重要机制之一，通过反射，可以在运行时获得 .NET 中每一个类型(包括类、结构、委托、接口和枚举等)的成员，包括方法、属性、事件，以及构造函数等，还可以获得每个成员的名称，限定符和参数等。由于获取了构造函数的信息，因此可以通过类名来直接创建对象，即使这个对象的类型在编译时是未知的。

由于在 .NET 的程序集(Assembly)中封装了类型元数据信息，因此可以先通过 Assembly 的 Load("程序集名称")方法加载一个程序集，再通过其 CrcateInstance("命名空间.类”)方法根据类名创建一个 object 类型的对象，用户可以根据需要将其转换为所需类型，示意代码如下：

using System.Reflleetioe; //导入配置管理命名空间
object obj = Assemibly.Load["程序集名称”).CreateInatance("命名空间.类”);

还需引入【System.Configuration.ConfigurationManager】，https://www.nuget.org/packages/System.Configuration.ConfigurationManager

Install-Package System.Configuration.ConfigurationManager -Version 5.0.0

在上述代码中，“命名空间.类” 可以存储在配置文件中，使用 ConfigurationManager 类的 appSettings 属性可以获取存储在配置文件中的类名字符串。

在引入配置文件和反射机制后，在客户端测试代码中，无须直接使用 new 关键字来创建具体的工厂类，而是将具体工厂类的类名放在配置文件中，再通过读取配置文件和反射机制来动态创建对象，客户端代码修改如下：

// xml配置文件与反射方式扩展
// 1.读取【App.config】配置文件
string factoryString = ConfigurationManager.AppSettings["factory"];
// 参数"FactoryMethodPattern"是工厂类所在的命名空间的名称，"FactoryMethodPattern.FileLoggerFactory" 具体工厂类类名
LoggerFactory factory = (LoggerFactory)Assembly.Load("FactoryMethodPattern").CreateInstance(factoryString);
Logger logger = factory.CreateLogger();
logger.WriteLog();

2.3.2 工厂方法模式的重载

抽象工厂类 LoggerFactory 修改代码如下：

/// <summary>
/// 日志记录器工厂接口，充当抽象工厂角色
/// </summary>
interface LoggerFactory
{
    /* 抽象工厂方法，实现方法重载 */
    Logger CreateLogger();
    Logger CreateLogger(string args);
    Logger CreateLogger(object obj);
}

相应的具体工厂类也实现抽象工厂对应的方法，这些方法可以包含不同的业务逻辑，以满足产品对象的多样化创建需求。

class DatabaseLoggerFactory : LoggerFactory
{
    public Logger CreateLogger()
    {
        //连接数据库，代码省略
        //创建数据库日志记录器对象
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //初始化日志记录器代码省略
        return logger;
    }
 
    public Logger CreateLogger(string args)
    {
        //使用参数 args 作为连接字符串链接数据库，代码省略
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //初始化数据库日志记录器，代码省略
        return logger;
    }
 
    public Logger CreateLogger(object obj)
    {
        //使用参数 obj 中的连接字符串链接数据库，代码省略
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //使用封装在参数 obj 中的数据来初始化数据库日志记录器，代码省略
        return logger;
    }
}

上面是 DatabaseLoggerFactory 工厂，同样 FileLoggerFactory 也是实现抽象工厂对应的重载方法，此处讲解思路，代码演示如上类似，因此不再详述；

2.3.3 工厂方法的隐藏（简化）

有时候，为了简化客户端的使用，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，在客户端无需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。代码修改如下：

abstract class LoggerFactory 
{
    public void WriteLog() 
    {
        Logger logger = this.CreateLogger();
        logger.WriteLog();
    }
 
    public abstract Logger CreateLogger();
}

客户端调用方法修改如下：

// xml配置文件与反射方式扩展
// 1.读取【App.config】配置文件
string factoryString = ConfigurationManager.AppSettings["factorySimplified"];
// 参数"FactoryMethodPattern"是工厂类所在的命名空间的名称，"FactoryMethodPattern.Simplified.FileLoggerFactory" 具体工厂类类名
Simplified.LoggerFactory factory = (Simplified.LoggerFactory)Assembly.Load("FactoryMethodPattern").CreateInstance(factoryString);
factory.WriteLog(); //直接适用工厂对象来调用产品对象的业务方法

此处是工厂模式的简化版本，为了和上面 2.3.2 完整模式对比，配置文件如下修改：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
    <appSettings>
        <add key="factoryFull" value="FactoryMethodPattern.Full.FileLoggerFactory"/>
        <add key="factorySimplified" value="FactoryMethodPattern.Simplified.DatabaseLoggerFactory"/>
    </appSettings>
</configuration>

客户端 Program 中的 Main 函数引入命名空间，修改别名：

using System;
using System.Reflection; //反射
using System.Configuration; //配置管理
using Full = FactoryMethodPattern.Full; //工厂模式完整版本
using Simplified = FactoryMethodPattern.Simplified; //工厂模式简化版本

完整代码示例请查看 ：
https://gitee.com/dolayout/DesignPatternOfCSharp/tree/master/DesignPatternOfCSharp/FactoryMethodPattern

工厂模式的优缺点与适用环境

工厂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不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和API类库的核心模式。

3.1 工厂方法模式的主要优点如下

• (1)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对应的工厂即可，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
• (2)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。
• (3)使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加人新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品即可，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合开闭原则。

3.2 工厂方法模式的主要缺点如下

• (1)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开销。
• (2)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。

3.3 工厂方法模式的适用环境

• (1)客户端不知道它所需要的对象的类，在工厂方法模式中.客户场不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。
• (2)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代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使系统更容易扩展。