C# 工廠模式學習

工廠模式（Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一種創建對象的接口，而不是通過具體類來實例化對象。工廠模式可以將對象的創建過程封裝起來，使代碼更具有靈活性和可擴展性。

工廠模式有幾種常見的實現方式：

簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）：簡單工廠模式通過一個工廠類來決定創建哪種具體類的實例。這個工廠類通常提供一個靜態方法，根據傳入的參數創建相應的對象。
工廠方法模式（Factory Method Pattern）：工廠方法模式定義了一個創建對象的接口，但由子類決定要實例化的類是哪一個。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類。
抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）：抽象工廠模式提供一個接口，用于創建相關或依賴對象的家族，而無需明確指定具體類。通過使用抽象工廠模式，一個類可以實例化一組相關對象，而不需要知道它們的具體類。

簡單工廠模式示例

假設我們有一個動物園項目，需要創建不同的動物對象：

// 動物接口
public interface IAnimal
{void Speak();
}// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Woof!");}
}public class Cat : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Meow!");}
}// 簡單工廠類
public static class AnimalFactory
{public static IAnimal CreateAnimal(string animalType){switch (animalType.ToLower()){case "dog":return new Dog();case "cat":return new Cat();default:throw new ArgumentException("Unknown animal type");}}
}// 使用示例
class Program
{static void Main(string[] args){IAnimal animal = AnimalFactory.CreateAnimal("dog");animal.Speak();  // 輸出：Woof!}
}

工廠方法模式示例

假設我們有一個動物園項目，不同的子類需要創建不同的動物對象：

// 動物接口
public interface IAnimal
{void Speak();
}// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Woof!");}
}public class Cat : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Meow!");}
}// 工廠接口
public interface IAnimalFactory
{IAnimal CreateAnimal();
}// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Dog();}
}public class CatFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Cat();}
}// 使用示例
class Program
{static void Main(string[] args){IAnimalFactory factory = new DogFactory();IAnimal animal = factory.CreateAnimal();animal.Speak();  // 輸出：Woof!}
}

抽象工廠模式示例

假設我們有一個動物園項目，需要創建一組相關的對象（例如，動物及其食物）：

// 動物接口
public interface IAnimal
{void Speak();
}// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Woof!");}
}public class Cat : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Meow!");}
}// 食物接口
public interface IFood
{void Get();
}// 具體的食物類
public class DogFood : IFood
{public void Get(){Console.WriteLine("Dog food");}
}public class CatFood : IFood
{public void Get(){Console.WriteLine("Cat food");}
}// 抽象工廠接口
public interface IAnimalFactory
{IAnimal CreateAnimal();IFood CreateFood();
}// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Dog();}public IFood CreateFood(){return new DogFood();}
}public class CatFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Cat();}public IFood CreateFood(){return new CatFood();}
}// 使用示例
class Program
{static void Main(string[] args){IAnimalFactory factory = new DogFactory();IAnimal animal = factory.CreateAnimal();IFood food = factory.CreateFood();animal.Speak();  // 輸出：Woof!food.Get();      // 輸出：Dog food}
}

以上是三種工廠模式的基本示例，可以根據具體需求選擇合適的工廠模式來實現代碼的創建和管理。如果希望在增加新動物類型時盡量減少對現有類的修改，推薦使用工廠方法模式。工廠方法模式的設計使得每新增一種動物，只需增加一個對應的工廠類和具體的動物類，而無需修改已有的代碼，從而符合開閉原則（即對擴展開放，對修改關閉）。

使用工廠方法模式

下面是一個更完善的工廠方法模式示例，展示了如何在增加新動物時，盡量減少對現有代碼的修改。

// 動物接口
public interface IAnimal
{void Speak();
}// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Woof!");}
}public class Cat : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Meow!");}
}// 新增的動物類
public class Bird : IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Tweet!");}
}// 工廠接口
public interface IAnimalFactory
{IAnimal CreateAnimal();
}// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Dog();}
}public class CatFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Cat();}
}// 新增的動物工廠類
public class BirdFactory : IAnimalFactory
{public IAnimal CreateAnimal(){return new Bird();}
}// 使用示例
class Program
{static void Main(string[] args){List<IAnimalFactory> factories = new List<IAnimalFactory>{new DogFactory(),new CatFactory(),new BirdFactory()  // 新增的工廠只需在這里添加};foreach (var factory in factories){IAnimal animal = factory.CreateAnimal();animal.Speak();}}
}

在這個示例中，新增一種動物只需：

創建新的具體動物類，例如?Bird。
創建對應的工廠類，例如?BirdFactory。
在使用的地方添加新的工廠實例，例如在?factories?列表中添加?new BirdFactory()。

這樣做的好處是每增加一個新動物類型，不需要修改現有的工廠類或具體的動物類，只需要添加新的類和工廠即可，從而降低了代碼修改的風險和復雜度。

使用反射和配置來進一步減少修改

如果希望在增加動物時連代碼都不需要改動，可以考慮使用反射和配置文件的方式。通過配置文件定義動物類型和對應的工廠類，然后使用反射動態加載：

// 動物接口和具體的動物類（同上）// 工廠接口和具體工廠類（同上）// 使用反射加載工廠類
class Program
{static void Main(string[] args){// 假設配置文件中定義了動物類型和對應的工廠類var factoryTypes = new List<string>{"DogFactory","CatFactory","BirdFactory"  // 配置文件中新增的工廠類};var factories = new List<IAnimalFactory>();foreach (var factoryType in factoryTypes){var type = Type.GetType(factoryType);if (type != null && typeof(IAnimalFactory).IsAssignableFrom(type)){var factory = (IAnimalFactory)Activator.CreateInstance(type);factories.Add(factory);}}foreach (var factory in factories){IAnimal animal = factory.CreateAnimal();animal.Speak();}}
}

接口與繼承結合使用

工廠模式主要使用了接口、繼承，在C#中，接口和繼承是面向對象編程的重要概念。接口定義了一組方法和屬性，而繼承允許一個類從另一個類繼承其成員。接口可以實現多重繼承，而類只能繼承一個基類。通常情況下，接口和繼承可以結合使用，以充分利用它們各自的優點。通過這種方式，基類可以提供一些通用的實現，而接口可以定義特定的行為。

// 接口
public interface IAnimal
{void Speak();void Eat();
}// 基類
public class Animal
{public void Sleep(){Console.WriteLine("Sleeping...");}
}// 派生類實現接口
public class Dog : Animal, IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Woof!");}public void Eat(){Console.WriteLine("Dog is eating.");}
}public class Cat : Animal, IAnimal
{public void Speak(){Console.WriteLine("Meow!");}public void Eat(){Console.WriteLine("Cat is eating.");}
}// 使用示例
class Program
{static void Main(string[] args){IAnimal dog = new Dog();dog.Speak(); // 輸出：Woof!dog.Eat();   // 輸出：Dog is eating.IAnimal cat = new Cat();cat.Speak(); // 輸出：Meow!cat.Eat();   // 輸出：Cat is eating.// 使用基類方法Animal animalDog = (Animal)dog;animalDog.Sleep(); // 輸出：Sleeping...Animal animalCat = (Animal)cat;animalCat.Sleep(); // 輸出：Sleeping...}
}